abstracto
Tendo como obxectivo os requisitos de disipación de calor dos dispositivos electrónicos de potencia, estudouse en profundidade a tecnoloxía de intercambio de calor dos radiadores arrefriados por aire para arrefrialos.Segundo as características estruturais e os requisitos técnicos do radiador refrixerado por aire para o arrefriamento do dispositivo de potencia, realízanse as probas de rendemento térmico do radiador arrefriado por aire con diferentes estruturas e úsase o software de cálculo de simulación para a verificación auxiliar.Finalmente, baixo os mesmos resultados das probas de aumento de temperatura, comparáronse as características dos radiadores arrefriados por aire con diferentes estruturas en termos de perda de presión, disipación de calor por unidade de volume e uniformidade de temperatura das superficies de montaxe do dispositivo de potencia.Os resultados da investigación proporcionan unha referencia para o deseño de radiadores estruturais similares refrixerados por aire.
Palabras clave:radiador;arrefriamento por aire;rendemento térmico;densidade de fluxo de calor
0 Prefacio
Co desenvolvemento científico da ciencia e tecnoloxía da electrónica de potencia, a aplicación dos dispositivos de potencia da electrónica de potencia é máis extensa.O que determina a vida útil e o rendemento dos dispositivos electrónicos é o rendemento do propio dispositivo e a temperatura de funcionamento do dispositivo electrónico, é dicir, a capacidade de transferencia de calor do radiador utilizado para disipar a calor do dispositivo electrónico.Na actualidade, nos equipos electrónicos de potencia cunha densidade de fluxo de calor inferior a 4 W/cm2 utilízanse a maioría dos sistemas de refrixeración con arrefriamento por aire.disipador de calor.
Zhang Liangjuan et al.utilizou FloTHERM para realizar simulacións térmicas de módulos arrefriados por aire e comprobou a fiabilidade dos resultados da simulación cos resultados das probas experimentais e probou o rendemento de disipación de calor de varias placas frías ao mesmo tempo.
Yang Jingshan seleccionou tres radiadores típicos refrixerados por aire (é dicir, radiadores de aletas rectas, radiadores de canles rectangulares cheos de escuma metálica e radiadores de aletas radiais) como obxectos de investigación e utilizou software CFD para mellorar a capacidade de transferencia de calor dos radiadores.E optimiza o rendemento integral do fluxo e da transferencia de calor.
Wang Changchang e outros utilizaron o software de simulación de disipación de calor FLoTHERM para simular e calcular o rendemento de disipación de calor do radiador arrefriado por aire, combinado cos datos experimentais para a análise comparativa, e estudaron a influencia de parámetros como a velocidade do vento de arrefriamento, a densidade dos dentes e altura sobre o rendemento de disipación de calor do radiador arrefriado por aire.
Shao Qiang et al.analizou brevemente o volume de aire de referencia necesario para o arrefriamento forzado por aire tomando como exemplo un radiador de aletas rectangulares;baseándose na forma estrutural do radiador e nos principios da mecánica de fluídos, derivouse a fórmula de estimación da resistencia ao vento do conduto de aire de refrixeración;combinado cunha breve análise da curva característica PQ do ventilador, pódese obter rapidamente o punto de traballo real e o volume de aire de ventilación do ventilador.
Pan Shujie elixiu o radiador arrefriado por aire para a investigación e explicou brevemente os pasos do cálculo da disipación de calor, a selección do radiador, o cálculo da disipación de calor arrefriado por aire e a selección do ventilador no deseño de disipación de calor, e completou o deseño sinxelo do radiador arrefriado por aire.Usando o software de simulación térmica ICEPAK, Liu Wei et al.realizou unha análise comparativa de dous métodos de deseño de redución de peso para radiadores (aumentando a separación das aletas e reducindo a altura das aletas).Este documento presenta a estrutura e o rendemento de disipación de calor dos radiadores de perfil, dente de pala e placa-aleta, respectivamente.
1 Estrutura do radiador refrixerado por aire
1.1 Radiadores refrixerados por aire de uso común
O radiador común arrefriado por aire está formado por procesamento de metal, e o aire de arrefriamento flúe a través do radiador para disipar a calor do dispositivo electrónico ao ambiente atmosférico.Entre os materiais metálicos comúns, a prata ten a condutividade térmica máis alta de 420 W/m*K, pero é cara;
A condutividade térmica do cobre é de 383 W/m·K, que está relativamente preto do nivel de prata, pero a tecnoloxía de procesamento é complicada, o custo é alto e o peso relativamente pesado;
A condutividade térmica da aliaxe de aluminio 6063 é de 201 W/m·K. É barato, ten boas características de procesamento, fácil tratamento de superficie e alto custo.
Polo tanto, o material dos actuais radiadores refrixerados por aire xeralmente usa esta aliaxe de aluminio.A figura 1 mostra dous disipadores de calor comúns refrixerados por aire.Os métodos de procesamento de radiadores refrixerados por aire de uso común inclúen principalmente os seguintes:
(1) Debuxo e conformación de aliaxe de aluminio, a área de transferencia de calor por unidade de volume pode alcanzar uns 300 m2/m3, e os métodos de arrefriamento son o arrefriamento natural e o arrefriamento por ventilación forzada;
(2) O disipador de calor e o substrato están incrustados xuntos, e o disipador de calor e o substrato pódense conectar mediante remaches, unión de resina epoxi, soldadura, soldadura e outros procesos.Ademais, o material do substrato tamén pode ser aliaxe de cobre.A área de transferencia de calor por unidade de volume pode alcanzar uns 500 m2/m3, e os métodos de arrefriamento son o arrefriamento natural e o arrefriamento por ventilación forzada;
(3) Formación de dentes de pala, este tipo de radiador pode eliminar a resistencia térmica entre o disipador de calor e o substrato, a distancia entre o disipador de calor pode ser inferior a 1,0 mm e a área de transferencia de calor por unidade de volume pode alcanzar uns 2 500 m2/m3.O método de procesamento móstrase na figura 2 e o método de arrefriamento é o arrefriamento forzado.
Fig. 1. Disipador de calor arrefriado por aire de uso habitual
Figura 2. Método de procesamento do radiador arrefriado por aire con dentes de pala
1.2 Radiador de placa-aleta arrefriado por aire
O radiador refrixerado por aire de placa-aleta é unha especie de radiador refrixerado por aire procesado mediante soldadura de varias pezas.Componse principalmente de tres partes, como disipador de calor, placa de costela e placa base.A súa estrutura móstrase na figura 3. As aletas de refrixeración poden adoptar aletas planas, aletas onduladas, aletas escalonadas e outras estruturas.Tendo en conta o proceso de soldadura das costelas, selecciónanse materiais de aluminio da serie 3 para as costelas, os disipadores de calor e as bases para garantir a soldabilidade do radiador arrefriado por aire.A área de transferencia de calor por unidade de volume do radiador refrixerado por aire de placa-aleta pode alcanzar uns 650 m2/m3, e os métodos de arrefriamento son o arrefriamento natural e o arrefriamento por ventilación forzada.
Fig. 3. Radiador de placa-aleta arrefriado por aire
2 Rendemento térmico de varios radiadores refrixerados por airev
2.1Comúnmente radiadores de perfil usados refrigerados por aire
2.1.1 Disipación natural da calor
Os radiadores refrixerados por aire de uso común arrefrían principalmente os dispositivos electrónicos mediante o arrefriamento natural, e o seu rendemento de disipación de calor depende principalmente do grosor das aletas de disipación de calor, do paso das aletas, da altura das aletas e da lonxitude das aletas de disipación de calor. ao longo da dirección do fluxo de aire de arrefriamento.Para a disipación de calor natural, canto maior sexa a área efectiva de disipación de calor, mellor.O xeito máis directo é reducir o espazamento das aletas e aumentar o número de aletas, pero o espazo entre as aletas é o suficientemente pequeno como para afectar á capa límite da convección natural.Unha vez que as capas límite das paredes das aletas adxacentes converxen, a velocidade do aire entre as aletas caerá bruscamente e o efecto de disipación de calor tamén caerá bruscamente.Mediante o cálculo de simulación e a detección de probas do rendemento térmico do radiador arrefriado por aire, cando a lonxitude da aleta de disipación de calor é de 100 mm e a densidade de fluxo de calor é de 0,1 W/cm2, o efecto de disipación de calor de diferentes separacións de aletas móstrase na Figura 4. A mellor distancia de película é de aproximadamente 8,0 mm.Se a lonxitude das aletas de refrixeración aumenta, a distancia óptima das aletas aumentará.
Fig.4.Relación entre a temperatura do substrato e o espazamento das aletas
2.1.2 Refrixeración por convección forzada
Os parámetros estruturais do radiador corrugado refrixerado por aire son a altura da aleta de 98 mm, a lonxitude da aleta de 400 mm, o grosor da aleta de 4 mm, o espazamento das aletas de 4 mm e a velocidade frontal do aire de arrefriamento de 8 m/s.Un radiador corrugado refrigerado por aire cunha densidade de fluxo de calor de 2,38 W/cm2foi sometido a unha proba de aumento da temperatura.Os resultados da proba mostran que o aumento de temperatura do radiador é de 45 K, a perda de presión do aire de refrixeración é de 110 Pa e a disipación de calor por unidade de volume é de 245 kW/m3.Ademais, a uniformidade da superficie de montaxe do compoñente de potencia é pobre e a súa diferenza de temperatura alcanza uns 10 °C.Na actualidade, para resolver este problema, os tubos de calor de cobre adoitan estar enterrados na superficie de instalación do radiador arrefriado por aire, de modo que a uniformidade da temperatura da superficie de instalación do compoñente de potencia pode mellorar significativamente na dirección da colocación do tubo de calor, e o efecto non é evidente na dirección vertical.Se se usa tecnoloxía de cámara de vapor no substrato, a uniformidade da temperatura global da superficie de montaxe do compoñente de potencia pode controlarse nun prazo de 3 °C e o aumento da temperatura do disipador de calor tamén se pode reducir ata certo punto.Esta probeta pódese reducir uns 3 °C.
Usando un software de cálculo de simulación térmica, nas mesmas condicións externas, realízase o cálculo de simulación de aletas de refrixeración de dentes rectos e ondulados, e os resultados móstranse na Figura 5. A temperatura da superficie de montaxe do dispositivo de potencia con arrefriamento de dentes rectos. aletas é de 153,5 °C e a das aletas de refrixeración onduladas é de 133,5 °C.Polo tanto, a capacidade de refrixeración do radiador ondulado refrixerado por aire é mellor que a do radiador refrixerado por aire de dentes rectos, pero a uniformidade da temperatura dos corpos de aletas dos dous é relativamente pobre, o que ten un maior impacto no rendemento de arrefriamento. do radiador.
Fig.5.Campo de temperatura de aletas rectas e onduladas
2.2 Radiador de placa-aleta arrefriado por aire
Os parámetros estruturais do radiador refrixerado por aire con aletas de placa son os seguintes: a altura da parte de ventilación é de 100 mm, a lonxitude das aletas é de 240 mm, a distancia entre as aletas é de 4 mm, a velocidade do fluxo frontal. do aire de arrefriamento é de 8 m/s, e a densidade do fluxo de calor é de 4,81 W/cm2.O aumento da temperatura é de 45 °C, a perda de presión do aire de refrixeración é de 460 Pa e a disipación de calor por unidade de volume é de 374 kW/m3.En comparación co radiador ondulado refrixerado por aire, a capacidade de disipación de calor por unidade de volume aumenta nun 52,7%, pero a perda de presión do aire tamén é maior.
2.3 Radiador refrixerado por aire con dentes de pala
Para comprender o rendemento térmico do radiador de dentes de pala de aluminio, a altura da aleta é de 15 mm, a lonxitude da aleta é de 150 mm, o grosor da aleta é de 1 mm, a distancia entre as aletas é de 1 mm e o aire de refrixeración frontal. velocidade é de 5,4 m/s.Un radiador refrixerado por aire con dentes de pala cunha densidade de fluxo de calor de 2,7 W/cm2foi sometido a unha proba de aumento da temperatura.Os resultados da proba mostran que a temperatura da superficie de montaxe do elemento de potencia do radiador é de 74,2 °C, o aumento da temperatura do radiador é de 44,8 K, a perda de presión do aire de refrixeración é de 460 Pa e a disipación de calor por unidade de volume alcanza os 4570 kW/m3.
3 Conclusión
A través dos resultados das probas anteriores, pódense extraer as seguintes conclusións.
(1) A capacidade de refrixeración do radiador arrefriado por aire clasifícase por alto e baixo: radiador refrixerado por aire con dentes de pala, radiador refrixerado por aire con aletas de placa, radiador corrugado refrixerado por aire e radiador con dentes rectos.
(2) A diferenza de temperatura entre as aletas do radiador ondulado refrixerado por aire e do radiador de dentes rectos refrixerado por aire é relativamente grande, o que ten un gran impacto na capacidade de refrixeración do radiador.
(3) O radiador natural arrefriado por aire ten a mellor separación das aletas, que se pode obter mediante experimentos ou cálculos teóricos.
(4) Debido á forte capacidade de refrixeración do radiador refrixerado por aire con dentes de pala, pódese usar en equipos electrónicos con alta densidade de fluxo de calor local.
Fonte: Tecnoloxía da Enxeñaría Mecánica e Eléctrica Volume 50 Número 06
Autores: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
exención de responsabilidade
O contido anterior provén de información pública en Internet e só se utiliza para a comunicación e a aprendizaxe na industria.O artigo é a opinión independente do autor e non representa a posición de DONGXU HYDRAULICS.Se hai problemas co contido da obra, os dereitos de autor, etc., póñase en contacto connosco nun prazo de 30 días desde a publicación deste artigo e eliminaremos o contido relevante inmediatamente.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.ten tres filiais:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., eGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
A sociedade holding deFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Parts Factory, etc.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
ENGADIR: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, China
Hora de publicación: 27-mar-2023