اخبار فنی ｜تحقیق در مورد فناوری تبادل حرارت رادیاتور هوا خنک برای دستگاه های الکترونیک قدرت

 خلاصه

با هدف اتلاف گرما در دستگاه های برق الکترونیکی قدرت، فناوری تبادل حرارت رادیاتورهای هوا خنک برای خنک کردن آنها به طور عمیق مورد مطالعه قرار گرفته است.با توجه به مشخصات ساختاری و الزامات فنی رادیاتور هوا خنک برای خنک کننده دستگاه قدرت، آزمایشات عملکرد حرارتی رادیاتور هوا خنک با ساختارهای مختلف انجام می شود و از نرم افزار محاسبه شبیه سازی برای تأیید کمکی استفاده می شود.در نهایت، تحت نتایج آزمایش افزایش دما یکسان، ویژگی‌های رادیاتورهای هوا خنک با ساختارهای مختلف از نظر افت فشار، اتلاف حرارت در واحد حجم و یکنواختی دمای سطوح نصب دستگاه قدرت مقایسه شد.نتایج تحقیق مرجعی برای طراحی رادیاتورهای ساختاری مشابه با هوا خنک می کند.

کلید واژه ها:رادیاتور؛خنک کننده هوا؛عملکرد حرارتی؛چگالی شار حرارتی 

0 پیشگفتار

با پیشرفت علمی علم و فناوری الکترونیک قدرت، کاربرد دستگاه های قدرت الکترونیک قدرت گسترده تر شده است.آنچه طول عمر و عملکرد دستگاه های الکترونیکی را تعیین می کند، عملکرد خود دستگاه و دمای عملکرد دستگاه الکترونیکی است، یعنی ظرفیت انتقال حرارت رادیاتور مورد استفاده برای دفع گرما از دستگاه الکترونیکی.در حال حاضر، در تجهیزات الکترونیکی قدرت با چگالی شار حرارتی کمتر از 4 وات بر سانتی‌متر مربع، بیشتر سیستم‌های خنک‌کننده با هوا استفاده می‌شود.سینک حرارتی.

ژانگ لیانگجوان و همکاراناز FloTHERM برای انجام شبیه‌سازی حرارتی ماژول‌های خنک‌شده با هوا استفاده کرد و قابلیت اطمینان نتایج شبیه‌سازی را با نتایج آزمایش تجربی تأیید کرد و عملکرد اتلاف حرارت صفحات سرد مختلف را همزمان آزمایش کرد.

یانگ جینگشان سه رادیاتور معمولی هوا خنک (یعنی رادیاتورهای باله ای مستقیم، رادیاتورهای کانال مستطیلی پر از فوم فلزی و رادیاتورهای پره شعاعی) را به عنوان اشیاء تحقیقاتی انتخاب کرد و از نرم افزار CFD برای افزایش ظرفیت انتقال حرارت رادیاتورها استفاده کرد.و عملکرد جامع جریان و انتقال حرارت را بهینه کنید.

وانگ چانگ چانگ و دیگران از نرم‌افزار شبیه‌سازی اتلاف گرما FLoTHERM برای شبیه‌سازی و محاسبه عملکرد اتلاف حرارت رادیاتور هوا خنک، ترکیب با داده‌های تجربی برای تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای استفاده کردند و تأثیر پارامترهایی مانند سرعت باد خنک‌کننده، چگالی دندان و ارتفاع بر عملکرد اتلاف حرارت رادیاتور هوا خنک.

شائو کیانگ و همکارانبه طور خلاصه حجم هوای مرجع مورد نیاز برای خنک‌سازی هوای اجباری را با در نظر گرفتن یک رادیاتور پره‌دار مستطیلی به عنوان مثال، تحلیل کرد.بر اساس شکل ساختاری رادیاتور و اصول مکانیک سیالات، فرمول تخمین مقاومت باد مجرای هوای خنک کننده استخراج شد.همراه با تجزیه و تحلیل مختصری از منحنی مشخصه PQ فن، نقطه کار واقعی و حجم هوای تهویه فن را می توان به سرعت به دست آورد.

پان شوجی رادیاتور هوا خنک را برای تحقیق انتخاب کرد و مراحل محاسبه اتلاف گرما، انتخاب رادیاتور، محاسبه اتلاف حرارت هوا خنک و انتخاب فن در طراحی اتلاف حرارت را به طور خلاصه توضیح داد و طرح ساده رادیاتور هوا خنک را تکمیل کرد.لیو وی و همکاران با استفاده از نرم افزار شبیه سازی حرارتی ICEPAK.تجزیه و تحلیل مقایسه ای دو روش طراحی کاهش وزن رادیاتورها (افزایش فاصله باله و کاهش ارتفاع باله) انجام داد.این مقاله به ترتیب ساختار و عملکرد اتلاف حرارت رادیاتورهای هواخنک شونده پروفیل، دندانه بیل و پره صفحه ای را معرفی می کند.

1 ساختار رادیاتور هوا خنک

1.1 رادیاتورهای معمولی با هوا خنک

رادیاتور معمولی خنک کننده با هوا از پردازش فلز تشکیل می شود و هوای خنک کننده از طریق رادیاتور جریان می یابد تا گرمای دستگاه الکترونیکی را به محیط جوی دفع کند.در میان مواد فلزی رایج، نقره دارای بالاترین رسانایی حرارتی 420 W/m*K است، اما گران است.

هدایت حرارتی مس 383 W/m· K است که نسبتاً نزدیک به سطح نقره است، اما فناوری پردازش پیچیده است، هزینه بالا و وزن نسبتاً سنگین است.

رسانایی حرارتی آلیاژ آلومینیوم 6063 201 W/m· K است. ارزان است، دارای ویژگی های پردازش خوب، عملیات سطح آسان و عملکرد هزینه بالا است.

بنابراین، مواد رادیاتورهای جریان اصلی فعلی هوا خنک معمولاً از این آلیاژ آلومینیوم استفاده می کنند.شکل 1 دو هیت سینک معمولی با هوا خنک را نشان می دهد.روش های متداول پردازش رادیاتور هوا خنک عمدتاً شامل موارد زیر است:

(1) طراحی و شکل گیری آلیاژ آلومینیوم، منطقه انتقال حرارت در واحد حجم می تواند به حدود 300 متر برسد.²/m³و روش های خنک کننده خنک کننده طبیعی و خنک کننده تهویه اجباری است.

(2) هیت سینک و زیرلایه با هم منبت کاری شده اند و سینک حرارتی و بستر را می توان با پرچ کردن، اتصال رزین اپوکسی، جوشکاری لحیم کاری، لحیم کاری و سایر فرآیندها به هم متصل کرد.علاوه بر این، مواد زیرلایه نیز می تواند آلیاژ مس باشد.سطح انتقال حرارت در واحد حجم می تواند به حدود 500 متر مربع در متر مکعب برسد و روش های خنک کننده خنک کننده طبیعی و خنک کننده تهویه اجباری هستند.

(3) شکل گیری دندان بیل، این نوع رادیاتور می تواند مقاومت حرارتی بین هیت سینک و زیرلایه را از بین ببرد، فاصله بین هیت سینک می تواند کمتر از 1.0 میلی متر باشد و سطح انتقال حرارت در واحد حجم می تواند به حدود 2500 برسد. متر²/m³.روش پردازش در شکل 2 نشان داده شده است و روش خنک سازی خنک کننده هوای اجباری است.

شکل 1. سینک حرارتی معمولی که با هوا خنک می شود

شکل 2. روش پردازش دندان بیل رادیاتور هوا خنک

1.2 رادیاتور هوا خنک با باله صفحه ای

رادیاتور هوا خنک با باله صفحه ای نوعی رادیاتور هوا خنک است که با لحیم کاری چندین قسمت پردازش می شود.به طور عمده از سه قسمت مانند هیت سینک، صفحه دنده و صفحه پایه تشکیل شده است.ساختار آن در شکل 3 نشان داده شده است. باله های خنک کننده می توانند باله های مسطح، باله های موجدار، باله های مبهم و ساختارهای دیگر را بپذیرند.با توجه به فرآیند جوشکاری دنده ها، مواد آلومینیومی سری 3 برای دنده ها، هیت سینک ها و پایه ها انتخاب می شود تا از جوش پذیری رادیاتور هوا خنک با پره صفحه ای اطمینان حاصل شود.مساحت انتقال حرارت در واحد حجم رادیاتور هوا خنک می تواند به حدود 650 متر مربع در متر مکعب برسد و روش های خنک کننده خنک کننده طبیعی و خنک کننده تهویه اجباری است.

شکل 3. رادیاتور باله صفحه ای با هوا خنک می شود

2 عملکرد حرارتی رادیاتورهای مختلف هوا خنک

2.1معمولا رادیاتورهای هوا خنک پروفیلی استفاده شده

2.1.1 اتلاف حرارت طبیعی

رادیاتورهای معمولی که با هوا خنک می شوند عمدتاً دستگاه های الکترونیکی را با خنک کننده طبیعی خنک می کنند و عملکرد اتلاف گرما آنها عمدتاً به ضخامت پره های دفع گرما، گام پره ها، ارتفاع پره ها و طول پره های دفع گرما بستگی دارد. در جهت جریان هوای خنک کنندهبرای اتلاف گرمای طبیعی، هر چه منطقه اتلاف گرمای موثر بزرگتر باشد، بهتر است.مستقیم ترین راه کاهش فاصله باله ها و افزایش تعداد باله ها است، اما فاصله بین باله ها به اندازه ای کوچک است که بر لایه مرزی همرفت طبیعی تأثیر بگذارد.هنگامی که لایه های مرزی دیواره های باله مجاور همگرا می شوند، سرعت هوا بین باله ها به شدت کاهش می یابد و اثر اتلاف گرما نیز به شدت کاهش می یابد.از طریق محاسبات شبیه سازی و تشخیص تست عملکرد حرارتی رادیاتور هوا خنک، زمانی که طول پره اتلاف حرارت 100 میلی متر و چگالی شار حرارتی 0.1 وات بر سانتی متر است.²، اثر اتلاف حرارت از فاصله باله های مختلف در شکل 4 نشان داده شده است. بهترین فاصله فیلم حدود 8.0 میلی متر است.اگر طول پره های خنک کننده افزایش یابد، فاصله بهینه باله ها بزرگتر می شود.

شکل 4.رابطه بین دمای بستر و فاصله باله
  

2.1.2 خنک کننده همرفت اجباری

پارامترهای ساختاری رادیاتور هوا خنک راه راه عبارتند از: ارتفاع پره 98 میلی متر، طول پره 400 میلی متر، ضخامت پره 4 میلی متر، فاصله باله 4 میلی متر و سرعت هوای خنک کننده 8 متر بر ثانیه.رادیاتور موجدار هوا خنک با چگالی شار حرارتی 2.38 W/cm²تحت آزمایش افزایش دما قرار گرفت.نتایج آزمایش نشان می دهد که افزایش دمای رادیاتور 45 کلوین، افت فشار هوای خنک کننده 110 پاسکال و اتلاف گرما در واحد حجم 245 کیلووات بر متر است.³.علاوه بر این، یکنواختی سطح نصب قطعات قدرت ضعیف است و اختلاف دمای آن به حدود 10 درجه سانتیگراد می رسد.در حال حاضر برای حل این مشکل معمولاً لوله های حرارتی مسی را روی سطح نصب رادیاتور هوا خنک دفن می کنند تا یکنواختی دمایی سطح نصب قطعات قدرت در جهت لوله گذاری لوله حرارتی به میزان قابل توجهی بهبود یابد. اثر در جهت عمودی آشکار نیست.اگر از فناوری محفظه بخار در زیرلایه استفاده شود، یکنواختی دمای کلی سطح نصب اجزای قدرت را می توان در 3 درجه سانتیگراد کنترل کرد و افزایش دمای سینک حرارتی را نیز می توان تا حدی کاهش داد.این قطعه آزمایشی را می توان حدود 3 درجه سانتی گراد کاهش داد.

با استفاده از نرم افزار محاسبات شبیه سازی حرارتی، در شرایط خارجی مشابه، شبیه سازی باله های خنک کننده دندانه مستقیم و موجدار انجام می شود و نتایج در شکل 5 نشان داده شده است. دمای سطح نصب دستگاه قدرت با خنک کننده دندانه مستقیم دمای باله ها 153.5 درجه سانتیگراد و باله های خنک کننده موجدار 133.5 درجه سانتیگراد است.بنابراین، ظرفیت خنک کنندگی رادیاتور هوا خنک راه راه بهتر از رادیاتور هوا خنک کننده دندانه مستقیم است، اما یکنواختی دمای بدنه های باله این دو نسبتا ضعیف است که تأثیر بیشتری بر عملکرد خنک کننده دارد. از رادیاتور

شکل 5.میدان دمای باله های مستقیم و موجدار

2.2 رادیاتور هوا خنک با باله صفحه ای

پارامترهای ساختاری رادیاتور هوا خنک با پره صفحه ای به شرح زیر است: ارتفاع قسمت تهویه 100 میلی متر، طول پره ها 240 میلی متر، فاصله بین پره ها 4 میلی متر، سرعت جریان سر به سمت. از هوای خنک کننده 8 متر بر ثانیه و چگالی شار حرارتی 4.81 وات بر سانتی متر است.².افزایش دما 45 درجه سانتیگراد، افت فشار هوای خنک کننده 460 Pa و اتلاف گرما در واحد حجم 374 کیلووات بر متر است.³.در مقایسه با رادیاتور موجدار هوا خنک، ظرفیت اتلاف گرما در واحد حجم 52.7٪ افزایش یافته است، اما افت فشار هوا نیز بیشتر است.

2.3 رادیاتور هوا خنک کننده دندانه بیل

به منظور درک عملکرد حرارتی رادیاتور بیل-دندانی آلومینیومی، ارتفاع باله 15 میلی متر، طول باله 150 میلی متر، ضخامت باله 1 میلی متر، فاصله باله 1 میلی متر و هوای خنک کننده به صورت سر به سر است. سرعت 5.4 متر بر ثانیه است.رادیاتور هوا خنک با دندانه بیل با چگالی شار حرارتی 2.7 وات بر سانتی متر²تحت آزمایش افزایش دما قرار گرفت.نتایج آزمایش نشان می دهد که دمای سطح نصب المنت برق رادیاتور 74.2 درجه سانتی گراد، افزایش دمای رادیاتور 44.8K، افت فشار هوای خنک کننده 460 Pa است و اتلاف گرما در واحد حجم به 4570 کیلووات بر متر می رسد.³.

3 نتیجه گیری

از طریق نتایج آزمون فوق می توان به نتایج زیر دست یافت.

(1) ظرفیت خنک کننده رادیاتور هوا خنک بر اساس زیاد و کم طبقه بندی می شود: رادیاتور هوا خنک کننده دندانه بیل، رادیاتور هوا خنک کننده با باله صفحه، رادیاتور هوا خنک کننده موجدار و رادیاتور هوا خنک با دندانه مستقیم.

(2) تفاوت دما بین پره ها در رادیاتور هوا خنک راه راه و رادیاتور هوا خنک با دندانه مستقیم نسبتاً زیاد است که تأثیر زیادی بر ظرفیت خنک کننده رادیاتور دارد.

(3) رادیاتور هوا خنک طبیعی دارای بهترین فاصله باله است که می تواند با آزمایش یا محاسبه نظری به دست آید.

(4) با توجه به ظرفیت خنک کننده قوی رادیاتور هوا خنک کننده دندانه بیل، می توان از آن در تجهیزات الکترونیکی با چگالی شار حرارتی محلی بالا استفاده کرد.

منبع: فناوری مهندسی مکانیک و برق جلد 50 شماره 06

نویسندگان: Sun Yuanbang، Li Feng، Wei Zhiyu، Kong Lijun، Wang Bo، CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.

سلب مسئولیت

محتوای فوق از اطلاعات عمومی در اینترنت می آید و فقط برای ارتباط و یادگیری در صنعت استفاده می شود.مقاله نظر مستقل نویسنده است و موضع DONGXU HYDRAULICS را نشان نمی دهد.در صورت وجود مشکل در محتوای اثر، کپی رایت و ... حداکثر تا 30 روز پس از انتشار این مقاله با ما تماس بگیرید و بلافاصله مطالب مربوطه را حذف خواهیم کرد.

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.دارای سه شرکت تابعه:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., شرکت انتقال سیال گوانگدونگ کایدون با مسئولیت محدود، وGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
شرکت هلدینگ ازFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua شماره 3 کارخانه قطعات هیدرولیک، و غیره.

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd. 

&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.

MAIL:  Jaemo@fsdxyy.com

وب سایت: www.dxhydraulics.com

WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909

افزودن: ساختمان کارخانه 5، منطقه C3، پایگاه صنعتی Xingguangyuan، جاده جنوبی Yanjiang، خیابان Luocun، منطقه Nanhai، شهر فوشان، استان گوانگدونگ، چین 528226

و شماره 7 جاده Xingye، منطقه متمرکز صنعتی Zhuxi، شهر Zhoutie، شهر Yixing، استان جیانگ سو، چین