abstrakti
Tehoelektroniikan teholaitteiden lämmönpoistovaatimuksia silmällä pitäen on tutkittu perusteellisesti ilmajäähdytteisten patterien lämmönsiirtotekniikkaa niiden jäähdyttämiseen.Teholaitteen jäähdytyksen ilmajäähdytteisen patterin rakenteellisten ominaisuuksien ja teknisten vaatimusten mukaisesti suoritetaan erirakenteisen ilmajäähdytteisen patterin lämpötehotestit ja apuvarmentamiseen käytetään simulaatiolaskentaohjelmistoa.Lopuksi samoissa lämpötilan nousutestituloksissa verrattiin rakenteeltaan erilaisten ilmajäähdytteisten patterien ominaisuuksia painehäviön, tilavuusyksikkökohtaisen lämmönpoiston ja teholaitteiden asennuspintojen lämpötilan tasaisuuden suhteen.Tutkimustulokset tarjoavat referenssin vastaavien rakenteellisten ilmajäähdytteisten pattereiden suunnitteluun.
Avainsanat:jäähdytin;ilman jäähdytys;lämpöteho;lämpövuon tiheys
0 Esipuhe
Tehoelektroniikan tieteen ja teknologian tieteellisen kehityksen myötä tehoelektroniikan teholaitteiden käyttö laajenee.Elektronisten laitteiden käyttöiän ja suorituskyvyn määräävät itse laitteen suorituskyky ja elektroniikkalaitteen käyttölämpötila, eli elektroniikkalaitteesta lämpöä hajautettavan patterin lämmönsiirtokyky.Tällä hetkellä tehoelektroniikkalaitteissa, joiden lämpövuon tiheys on alle 4 W/cm2, käytetään suurinta osaa ilmajäähdytteisistä jäähdytysjärjestelmistä.jäähdytyselementti.
Zhang Liangjuan et ai.käytti FloTHERMiä ilmajäähdytteisten moduulien lämpösimulaatioiden tekemiseen ja varmisti simulaatiotulosten luotettavuuden kokeellisilla testituloksilla ja testasi samanaikaisesti eri kylmälevyjen lämmönpoistokykyä.
Yang Jingshan valitsi tutkimuskohteiksi kolme tyypillistä ilmajäähdytteistä lämpöpatteria (eli suoralamellipatterit, suorakulmaiset metallivaahdolla täytetyt kanavapatterit ja säteittäiset lamellipatterit) ja käytti CFD-ohjelmistoa parantaakseen patterien lämmönsiirtokykyä.Ja optimoi virtauksen ja lämmönsiirron kattava suorituskyky.
Wang Changchang ja muut käyttivät lämmönpoiston simulointiohjelmistoa FLoTHERM simuloidakseen ja laskeakseen ilmajäähdytteisen jäähdyttimen lämmönpoistokykyä yhdistettynä kokeellisiin tietoihin vertailevaa analyysiä varten ja tutkivat parametrien, kuten jäähdyttävän tuulen nopeuden, hampaiden tiheyden ja korkeus ilmajäähdytteisen jäähdyttimen lämmönpoistotehoon.
Shao Qiang et ai.analysoitiin lyhyesti pakotettuun ilmajäähdytykseen tarvittavaa vertailuilmatilavuutta ottamalla esimerkkinä suorakaiteen muotoinen ripapatteri;jäähdyttimen rakenteellisen muodon ja nestemekaniikan periaatteiden perusteella johdettiin jäähdytysilmakanavan tuulenvastusarviointikaava;yhdessä puhaltimen PQ ominaiskäyrän lyhyen analyysin kanssa saadaan nopeasti selville puhaltimen todellinen työpiste ja tuuletusilmatilavuus.
Pan Shujie valitsi ilmajäähdytteisen patterin tutkimukseen ja selitti lyhyesti lämmönpoistolaskennan, patterin valinnan, ilmajäähdytteisen lämmönpoistolaskelman ja tuulettimen valinnan vaiheet lämmönpoistosuunnittelussa ja viimeisteli yksinkertaisen ilmajäähdytteisen patterin suunnittelun.Liu Wei et al.suoritti vertailevan analyysin kahdesta pattereiden painonpudotussuunnittelumenetelmästä (lisää evien etäisyyttä ja pienensi evien korkeutta).Tässä artikkelissa esitellään profiili-, lapiohammas- ja levyeväilmajäähdytteisten patterien rakenne ja lämmönpoistokyky.
1 Ilmajäähdytteinen jäähdytinrakenne
1.1 Yleisesti käytetyt ilmajäähdytteiset patterit
Tavallinen ilmajäähdytteinen patteri on muodostettu metallityöstöllä, ja jäähdytysilma virtaa jäähdyttimen läpi haihduttamaan elektroniikkalaitteen lämpöä ilmakehän ympäristöön.Tavallisista metallimateriaaleista hopealla on korkein lämmönjohtavuus, 420 W/m*K, mutta se on kallista;
Kuparin lämmönjohtavuus on 383 W/m·K, mikä on suhteellisen lähellä hopean tasoa, mutta käsittelytekniikka on monimutkainen, kustannukset korkeat ja paino suhteellisen raskas;
6063-alumiiniseoksen lämmönjohtavuus on 201 W/m·K. Se on halpa, sillä on hyvät prosessointiominaisuudet, helppo pintakäsittely ja korkea kustannustehokkuus.
Siksi nykyisten valtavirran ilmajäähdytteisten patterien materiaalissa käytetään yleensä tätä alumiiniseosta.Kuvassa 1 on kaksi yleistä ilmajäähdytteistä jäähdytyselementtiä.Yleisesti käytettyjä ilmajäähdytteisten patterien käsittelymenetelmiä ovat pääasiassa seuraavat:
(1) Alumiiniseoksen veto ja muotoilu, lämmönsiirtoalue tilavuusyksikköä kohti voi olla noin 300 m2/m3, ja jäähdytysmenetelminä ovat luonnollinen jäähdytys ja pakkotuuletusjäähdytys;
(2) Jäähdytyselementti ja alusta on upotettu yhteen, ja jäähdytyselementti ja substraatti voidaan yhdistää niitamalla, epoksihartsisidoksella, juottamalla, juottamalla ja muilla prosesseilla.Lisäksi alustan materiaali voi olla myös kupariseosta.Lämmönsiirtopinta-ala tilavuusyksikköä kohti voi olla noin 500 m2/m3 ja jäähdytysmenetelminä ovat luonnollinen jäähdytys ja pakkotuuletusjäähdytys;
(3) Lapion hampaan muodostus, tällainen jäähdytin voi poistaa lämpövastuksen jäähdytyslevyn ja alustan välillä, jäähdytyslevyn välinen etäisyys voi olla alle 1,0 mm ja lämmönsiirtoalue tilavuusyksikköä kohti voi olla noin 2 500 m2/m3.Prosessointimenetelmä on esitetty kuvassa 2 ja jäähdytysmenetelmänä on pakkoilmajäähdytys.
Kuva 1. Yleisesti käytetty ilmajäähdytteinen jäähdytyselementti
Kuva 2. Lapiohammas-ilmajäähdytteisen jäähdyttimen käsittelymenetelmä
1.2 Levyripa ilmajäähdytteinen jäähdytin
Levyripailmajäähdytteinen jäähdytin on eräänlainen ilmajäähdytteinen jäähdytin, jota käsitellään juottamalla useita osia.Se koostuu pääasiassa kolmesta osasta, kuten jäähdytyslevystä, ripalevystä ja pohjalevystä.Sen rakenne on esitetty kuvassa 3. Jäähdytysrivat voivat omaksua litteitä ripoja, poimutettuja ripoja, porrastettuja ripoja ja muita rakenteita.Ripojen hitsausprosessia silmällä pitäen valitaan 3-sarjan alumiinimateriaalit rivat, jäähdytyslevyt ja pohjat varmistamaan levyripailmajäähdytteisen patterin hitsattavuus.Levyripailmajäähdytteisen patterin lämmönsiirtopinta-ala tilavuusyksikköä kohti voi olla noin 650 m2/m3 ja jäähdytysmenetelminä ovat luonnollinen jäähdytys ja pakkotuuletusjäähdytys.
Kuva 3. Levyripa ilmajäähdytteinen jäähdytin
2 Erilaisten ilmajäähdytteisten patterien lämpöteho v
2.1Yleisesti käytetyt ilmajäähdytteiset profiilipatterit
2.1.1 Luonnollinen lämmönpoisto
Yleisesti käytetyt ilmajäähdytteiset patterit jäähdyttävät pääasiassa elektronisia laitteita luonnollisella jäähdytyksellä, ja niiden lämmönpoistokyky riippuu pääasiassa lämmönpoistoripojen paksuudesta, ripojen noususta, ripojen korkeudesta ja lämmönpoistoripojen pituudesta. jäähdytysilman virtauksen suunnassa.Luonnollista lämmönpoistoa varten mitä suurempi tehollinen lämmönpoistoalue on, sitä parempi.Suorin tapa on pienentää evien etäisyyttä ja lisätä evien määrää, mutta evien välinen rako on riittävän pieni vaikuttamaan luonnollisen konvektion rajakerrokseen.Kun viereisten eväseinien rajakerrokset yhtyvät, ilmannopeus evien välillä laskee jyrkästi ja myös lämmönpoistovaikutus pienenee jyrkästi.Simulaatiolaskennan ja ilmajäähdytteisen patterin lämpösuorituskyvyn koeilmaisun avulla, kun lämmönpoistorivan pituus on 100 mm ja lämpövuon tiheys 0,1 W/cm2, erilaisten evävälien lämmönpoistovaikutus on esitetty kuvassa 4. Paras kalvoetäisyys on noin 8,0 mm.Jos jäähdytysrivien pituus kasvaa, optimaalinen ripojen etäisyys kasvaa.
Kuva 4.Substraatin lämpötilan ja evien etäisyyden välinen suhde
2.1.2 Pakkokonvektiojäähdytys
Aallotetun ilmajäähdytteisen jäähdyttimen rakenteelliset parametrit ovat evän korkeus 98 mm, ripojen pituus 400 mm, ripojen paksuus 4 mm, ripojen etäisyys 4 mm ja jäähdytysilman nopeus 8 m/s.Aallotettu ilmajäähdytteinen patteri, jonka lämpövuon tiheys on 2,38 W/cm2sille tehtiin lämpötilan nousutesti.Testitulokset osoittavat, että jäähdyttimen lämpötilan nousu on 45 K, jäähdytysilman painehäviö 110 Pa ja lämmönpoisto tilavuusyksikköä kohti 245 kW/m.3.Lisäksi tehokomponentin asennuspinnan tasaisuus on huono ja sen lämpötilaero on noin 10 °C.Tällä hetkellä tämän ongelman ratkaisemiseksi kupariset lämpöputket yleensä haudataan ilmajäähdytteisen jäähdyttimen asennuspinnalle, jotta tehokomponentin asennuspinnan lämpötilan tasaisuutta voidaan parantaa merkittävästi lämpöputken asennuksen suunnassa, ja vaikutus ei ole ilmeinen pystysuunnassa.Jos alustassa käytetään höyrykammiotekniikkaa, tehokomponentin asennuspinnan lämpötilan kokonaistasaisuutta voidaan säätää 3 °C:n sisällä ja myös jäähdytyselementin lämpötilan nousua voidaan pienentää jossain määrin.Tätä testikappaletta voidaan pienentää noin 3 °C.
Lämpösimulaatiolaskentaohjelmistolla suoritetaan samoissa ulkoisissa olosuhteissa suorien hampaiden ja poimutettujen jäähdytysrivien simulaatiolaskenta, jonka tulokset on esitetty kuvassa 5. Teholaitteen asennuspinnan lämpötila suorahammasjäähdytyksellä ripojen lämpötila on 153,5 °C ja aallotetun jäähdytysrivan 133,5 °C.Siksi aallotetun ilmajäähdytteisen jäähdyttimen jäähdytyskapasiteetti on parempi kuin suorahampaisen ilmajäähdytteisen, mutta näiden kahden evärunkojen lämpötilan tasaisuus on suhteellisen huono, mikä vaikuttaa enemmän jäähdytystehoon. jäähdyttimestä.
Kuva 5.Suoran ja aallotetun evän lämpötilakenttä
2.2 Levyripa ilmajäähdytteinen jäähdytin
Levyripailmajäähdytteisen jäähdyttimen rakenteelliset parametrit ovat seuraavat: tuuletusosan korkeus 100 mm, ripojen pituus 240 mm, ripojen välinen etäisyys 4 mm, vastavirtausnopeus jäähdytysilman nopeus on 8 m/s ja lämpövuon tiheys 4,81 W/cm2.Lämpötilan nousu on 45°C, jäähdytysilman painehäviö 460 Pa ja lämmönpoisto tilavuusyksikköä kohti 374 kW/m3.Verrattuna aallotettuun ilmajäähdytteiseen patteriin lämmönpoistokapasiteetti tilavuusyksikköä kohti kasvaa 52,7 %, mutta myös ilmanpainehäviö on suurempi.
2.3 Lapiohammas ilmajäähdytteinen jäähdytin
Alumiinisen lapiohammasjäähdyttimen lämpösuorituskyvyn ymmärtämiseksi evän korkeus on 15 mm, evän pituus 150 mm, evän paksuus 1 mm, evien etäisyys 1 mm ja jäähdytysilma suoraan nopeus on 5,4 m/s.Lapiohammas ilmajäähdytteinen patteri, jonka lämpövuon tiheys on 2,7 W/cm2sille tehtiin lämpötilan nousutesti.Testitulokset osoittavat, että jäähdyttimen tehoelementin asennuspinnan lämpötila on 74,2°C, jäähdyttimen lämpötilan nousu 44,8K, jäähdytysilman painehäviö 460 Pa ja lämmönhäviö tilavuusyksikköä kohti saavuttaa 4570 kW/m3.
3 Johtopäätös
Yllä olevien testitulosten perusteella voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset.
(1) Ilmajäähdytteisen jäähdyttimen jäähdytysteho on lajiteltu korkean ja matalan mukaan: lapiohampainen ilmajäähdytteinen jäähdytin, levyripailmajäähdytteinen jäähdytin, aallotettu ilmajäähdytteinen jäähdytin ja suorahampainen ilmajäähdytteinen jäähdytin.
(2) Lämpötilaero aallotetun ilmajäähdytteisen jäähdyttimen ja suorahampaisen ilmajäähdytteisen jäähdyttimen välillä on suhteellisen suuri, millä on suuri vaikutus jäähdyttimen jäähdytystehoon.
(3) Luonnollisella ilmajäähdytteisellä jäähdyttimellä on paras ripojen etäisyys, joka voidaan saada kokeella tai teoreettisella laskennalla.
(4) Lapiohammas-ilmajäähdytteisen jäähdyttimen vahvan jäähdytyskapasiteetin ansiosta sitä voidaan käyttää elektronisissa laitteissa, joilla on korkea paikallinen lämpövuon tiheys.
Lähde: Mechanical and Electrical Engineering Technology, osa 50, numero 06
Tekijät: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
Vastuuvapauslauseke
Yllä oleva sisältö on peräisin Internetin julkisesta tiedosta ja sitä käytetään vain viestintään ja alan oppimiseen.Artikkeli on kirjoittajan riippumaton mielipide, eikä se edusta DONGXU HYDRAULICSin kantaa.Jos teoksen sisällössä, tekijänoikeuksissa jne. ilmenee ongelmia, ota meihin yhteyttä 30 päivän kuluessa tämän artikkelin julkaisemisesta, niin poistamme asiaankuuluvan sisällön välittömästi.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.sillä on kolme tytäryhtiötä:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., jaGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
HoldingyhtiöFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Part Factory, jne.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
Verkkosivusto: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
LISÄÄ: Tehdasrakennus 5, alue C3, Xingguangyuanin teollisuustukikohta, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhain alue, Foshan City, Guangdongin maakunta, Kiina 528226
& No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsun maakunta, Kiina
Postitusaika: 27.3.2023