abstrak
Bertujuan untuk memenuhi persyaratan pembuangan panas perangkat daya elektronik daya, teknologi pertukaran panas radiator berpendingin udara untuk mendinginkannya telah dipelajari secara mendalam.Sesuai dengan karakteristik struktural dan persyaratan teknis radiator berpendingin udara untuk pendinginan perangkat listrik, uji kinerja termal radiator berpendingin udara dengan struktur berbeda dilakukan, dan perangkat lunak perhitungan simulasi digunakan untuk verifikasi tambahan.Terakhir, berdasarkan hasil pengujian kenaikan suhu yang sama, karakteristik radiator berpendingin udara dengan struktur berbeda dalam hal kehilangan tekanan, pembuangan panas per satuan volume, dan keseragaman suhu permukaan pemasangan perangkat listrik dibandingkan.Hasil penelitian tersebut memberikan referensi untuk perancangan struktur serupa radiator berpendingin udara.
Kata kunci:radiator;pendingin udara;kinerja termal;kepadatan fluks panas
0 Kata Pengantar
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi elektronika daya, penerapan perangkat elektronika daya semakin luas.Yang menentukan masa pakai dan kinerja perangkat elektronik adalah kinerja perangkat itu sendiri, dan suhu pengoperasian perangkat elektronik tersebut, yaitu kapasitas perpindahan panas radiator yang digunakan untuk menghilangkan panas dari perangkat elektronik tersebut.Saat ini, pada peralatan elektronika daya dengan kerapatan fluks panas kurang dari 4 W/cm2, sebagian besar sistem pendingin berpendingin udara digunakan.pendingin.
Zhang Liangjuan dkk.menggunakan FloTHERM untuk melakukan simulasi termal modul berpendingin udara, dan memverifikasi keandalan hasil simulasi dengan hasil pengujian eksperimental, dan menguji kinerja pembuangan panas berbagai pelat dingin secara bersamaan.
Yang Jingshan memilih tiga jenis radiator berpendingin udara (yaitu, radiator sirip lurus, radiator saluran persegi panjang berisi busa logam, dan radiator sirip radial) sebagai objek penelitian, dan menggunakan perangkat lunak CFD untuk meningkatkan kapasitas perpindahan panas radiator.Dan mengoptimalkan kinerja aliran dan perpindahan panas yang komprehensif.
Wang Changchang dan yang lainnya menggunakan perangkat lunak simulasi pembuangan panas FLoTHERM untuk mensimulasikan dan menghitung kinerja pembuangan panas radiator berpendingin udara, dikombinasikan dengan data eksperimen untuk analisis komparatif, dan mempelajari pengaruh parameter seperti kecepatan angin pendinginan, kepadatan gigi dan tinggi pada kinerja pembuangan panas radiator berpendingin udara.
Shao Qiang dkk.menganalisis secara singkat volume udara referensi yang diperlukan untuk pendinginan udara paksa dengan mengambil contoh radiator bersirip persegi panjang;berdasarkan bentuk struktur radiator dan prinsip mekanika fluida, diperoleh rumus estimasi hambatan angin saluran udara pendingin;dikombinasikan dengan analisis singkat kurva karakteristik PQ kipas angin, titik kerja aktual dan volume udara ventilasi kipas dapat diperoleh dengan cepat.
Pan Shujie memilih radiator berpendingin udara untuk penelitian, dan menjelaskan secara singkat langkah-langkah perhitungan pembuangan panas, pemilihan radiator, perhitungan pembuangan panas berpendingin udara dan pemilihan kipas dalam desain pembuangan panas, dan menyelesaikan desain radiator berpendingin udara sederhana.Menggunakan perangkat lunak simulasi termal ICEPAK, Liu Wei dkk.melakukan analisis komparatif terhadap dua metode desain pengurangan berat radiator (meningkatkan jarak sirip dan mengurangi tinggi sirip).Makalah ini memperkenalkan struktur dan kinerja pembuangan panas masing-masing radiator berpendingin udara profil, gigi sekop, dan sirip pelat.
1 Struktur radiator berpendingin udara
1.1 Radiator berpendingin udara yang umum digunakan
Radiator berpendingin udara yang umum dibentuk oleh pengolahan logam, dan udara pendingin mengalir melalui radiator untuk menghilangkan panas perangkat elektronik ke lingkungan atmosfer.Di antara bahan logam umum, perak memiliki konduktivitas termal tertinggi yaitu 420 W/m*K, tetapi harganya mahal;
Konduktivitas termal tembaga adalah 383 W/m·K, yang relatif mendekati tingkat perak, tetapi teknologi pemrosesannya rumit, biayanya tinggi, dan bobotnya relatif berat;
Konduktivitas termal paduan aluminium 6063 adalah 201 W/m·K. Murah, memiliki karakteristik pemrosesan yang baik, perawatan permukaan yang mudah, dan kinerja biaya tinggi.
Oleh karena itu, material radiator berpendingin udara mainstream saat ini umumnya menggunakan bahan paduan aluminium ini.Gambar 1 menunjukkan dua unit pendingin berpendingin udara yang umum.Metode pemrosesan radiator berpendingin udara yang umum digunakan terutama meliputi hal-hal berikut:
(1) Gambar dan pembentukan paduan aluminium, luas perpindahan panas per satuan volume dapat mencapai sekitar 300 m2/m3, dan metode pendinginannya adalah pendinginan alami dan pendinginan ventilasi paksa;
(2) Unit pendingin dan substrat disatukan, dan unit pendingin dan media dapat dihubungkan dengan memukau, pengikatan resin epoksi, pengelasan mematri, penyolderan, dan proses lainnya.Selain itu, bahan substratnya juga bisa berupa paduan tembaga.Luas perpindahan panas per satuan volume dapat mencapai sekitar 500 m2/m3, dan metode pendinginannya adalah pendinginan alami dan pendinginan ventilasi paksa;
(3) Pembentukan gigi sekop, radiator jenis ini dapat menghilangkan hambatan termal antara heat sink dan substrat, jarak antara heat sink bisa kurang dari 1,0 mm, dan area perpindahan panas per satuan volume bisa mencapai sekitar 2.500 M2/m3.Metode pengolahannya ditunjukkan pada Gambar 2, dan metode pendinginannya adalah pendinginan udara paksa.
Gambar 1. Unit pendingin berpendingin udara yang umum digunakan
Gambar 2. Metode pemrosesan radiator berpendingin udara gigi sekop
1.2 Radiator berpendingin udara sirip pelat
Radiator berpendingin udara sirip pelat adalah sejenis radiator berpendingin udara yang diproses dengan mematri beberapa bagian.Ini terutama terdiri dari tiga bagian seperti heat sink, pelat rusuk dan pelat dasar.Strukturnya ditunjukkan pada Gambar 3. Sirip pendingin dapat mengadopsi sirip datar, sirip bergelombang, sirip terhuyung-huyung dan struktur lainnya.Mempertimbangkan proses pengelasan rusuk, bahan aluminium seri 3 dipilih untuk rusuk, unit pendingin, dan alas untuk memastikan kemampuan las radiator berpendingin udara sirip pelat.Luas perpindahan panas per satuan volume radiator berpendingin udara sirip pelat dapat mencapai sekitar 650 m2/m3, dan metode pendinginannya adalah pendinginan alami dan pendinginan ventilasi paksa.
Gambar 3. Radiator berpendingin udara sirip pelat
2 Kinerja termal berbagai radiator berpendingin udarav
2.1Biasanya radiator berpendingin udara profil bekas
2.1.1 Pembuangan panas alami
Radiator berpendingin udara yang umum digunakan terutama mendinginkan perangkat elektronik dengan pendinginan alami, dan kinerja pembuangan panasnya terutama bergantung pada ketebalan sirip pembuangan panas, tinggi sirip, tinggi sirip, dan panjang sirip pembuangan panas. sepanjang arah aliran udara pendingin.Untuk pembuangan panas alami, semakin besar area pembuangan panas efektif, semakin baik.Cara yang paling langsung adalah dengan memperkecil jarak sirip dan menambah jumlah sirip, namun jarak antar sirip cukup kecil sehingga mempengaruhi lapisan batas konveksi alami.Setelah lapisan batas dinding sirip yang berdekatan menyatu, kecepatan udara antar sirip akan turun tajam, dan efek pembuangan panas juga akan turun tajam.Melalui perhitungan simulasi dan pengujian deteksi kinerja termal radiator berpendingin udara, ketika panjang sirip pembuangan panas 100 mm dan kerapatan fluks panas 0,1 W/cm2, efek pembuangan panas dari jarak sirip yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 4. Jarak film terbaik adalah sekitar 8,0 mm.Jika panjang sirip pendingin bertambah, jarak sirip optimal akan semakin besar.
Gambar.4.Hubungan antara suhu substrat dan jarak sirip
2.1.2 Pendinginan konveksi paksa
Parameter struktur radiator berpendingin udara bergelombang adalah tinggi sirip 98 mm, panjang sirip 400 mm, tebal sirip 4 mm, jarak sirip 4 mm, dan kecepatan head-on udara pendingin 8 m/s.Radiator berpendingin udara bergelombang dengan kerapatan fluks panas 2,38 W/cm2dilakukan uji kenaikan suhu.Hasil pengujian menunjukkan kenaikan suhu radiator sebesar 45 K, kehilangan tekanan udara pendingin sebesar 110 Pa, dan pembuangan panas per satuan volume sebesar 245 kW/m.3.Selain itu, keseragaman permukaan pemasangan komponen daya buruk, dan perbedaan suhu mencapai sekitar 10 °C.Saat ini, untuk mengatasi masalah ini, pipa panas tembaga biasanya ditanam pada permukaan pemasangan radiator berpendingin udara, sehingga keseragaman suhu permukaan pemasangan komponen daya dapat ditingkatkan secara signifikan ke arah peletakan pipa panas, dan efeknya tidak terlihat jelas pada arah vertikal.Jika teknologi ruang uap digunakan pada substrat, keseragaman suhu keseluruhan permukaan pemasangan komponen daya dapat dikontrol dalam 3 °C, dan kenaikan suhu unit pendingin juga dapat dikurangi sampai batas tertentu.Benda uji ini dapat diturunkan suhunya sekitar 3 °C.
Dengan menggunakan perangkat lunak perhitungan simulasi termal, pada kondisi eksternal yang sama, perhitungan simulasi gigi lurus dan sirip pendingin bergelombang dilakukan, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5. Suhu permukaan pemasangan perangkat listrik dengan pendingin gigi lurus suhu sirip adalah 153,5 °C, dan suhu sirip pendingin bergelombang adalah 133,5 °C.Oleh karena itu, kapasitas pendinginan radiator berpendingin udara bergelombang lebih baik dibandingkan dengan radiator berpendingin udara bergigi lurus, namun keseragaman suhu pada badan sirip keduanya relatif buruk, sehingga berdampak lebih besar pada kinerja pendinginan. dari radiatornya.
Gambar.5.Bidang suhu sirip lurus dan bergelombang
2.2 Radiator berpendingin udara sirip pelat
Parameter struktur radiator berpendingin udara sirip pelat adalah sebagai berikut: tinggi bagian ventilasi 100 mm, panjang sirip 240 mm, jarak antar sirip 4 mm, kecepatan aliran head-on udara pendingin adalah 8 m/s, dan rapat fluks panas adalah 4,81 W/cm2.Kenaikan suhu sebesar 45°C, kehilangan tekanan udara pendingin sebesar 460 Pa, dan pembuangan panas per satuan volume sebesar 374 kW/m3.Dibandingkan dengan radiator berpendingin udara bergelombang, kapasitas pembuangan panas per satuan volume meningkat sebesar 52,7%, namun kehilangan tekanan udara juga lebih besar.
2.3 Radiator berpendingin udara gigi sekop
Untuk memahami kinerja termal radiator gigi sekop aluminium, tinggi sirip 15 mm, panjang sirip 150 mm, ketebalan sirip 1 mm, jarak sirip 1 mm, dan udara pendingin langsung. kecepatannya 5,4 m/s.Radiator berpendingin udara bergigi sekop dengan kerapatan fluks panas 2,7 W/cm2dilakukan uji kenaikan suhu.Hasil pengujian menunjukkan temperatur permukaan pemasangan elemen daya radiator sebesar 74,2°C, kenaikan temperatur radiator sebesar 44,8K, kehilangan tekanan udara pendingin sebesar 460 Pa, dan pembuangan panas per satuan volume mencapai 4570 kW/m.3.
3 Kesimpulan
Melalui hasil pengujian di atas, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
(1) Kapasitas pendinginan radiator berpendingin udara diurutkan berdasarkan tinggi dan rendah: radiator berpendingin udara gigi sekop, radiator berpendingin udara sirip pelat, radiator berpendingin udara bergelombang, dan radiator berpendingin udara bergigi lurus.
(2) Perbedaan suhu antara sirip pada radiator berpendingin udara bergelombang dan radiator berpendingin udara bergigi lurus relatif besar, sehingga berdampak besar pada kapasitas pendinginan radiator.
(3) Radiator berpendingin udara alami memiliki jarak sirip terbaik, yang dapat diperoleh melalui eksperimen atau perhitungan teoritis.
(4) Karena kapasitas pendinginan yang kuat dari radiator berpendingin udara gigi sekop, radiator ini dapat digunakan pada peralatan elektronik dengan kerapatan fluks panas lokal yang tinggi.
Sumber : Teknologi Teknik Mesin dan Elektro Volume 50 Edisi 06
Penulis: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
penafian
Konten di atas berasal dari informasi publik di Internet dan hanya digunakan untuk komunikasi dan pembelajaran di industri.Artikel ini merupakan opini independen penulis dan tidak mewakili posisi DONGXU HYDRAULICS.Jika ada masalah dengan konten karya, hak cipta, dll., silakan hubungi kami dalam waktu 30 hari setelah artikel ini diterbitkan, dan kami akan segera menghapus konten terkait.
Foshan Nanhai Dongxu Mesin Hidrolik Co, Ltd.memiliki tiga anak perusahaan:Jiangsu Helike Cairan Technology Co, Ltd., Guangdong Kaidun Transmisi Cairan Co., Ltd., DanGuangdong Bokade Radiator Bahan Co, Ltd.
Perusahaan induk dariFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co, Ltd: Ningbo Fenghua No. 3 Pabrik Suku Cadang Hidrolik, dll.
Foshan Nanhai Dongxu Mesin Hidrolik Co, Ltd.
&Jiangsu Helike Cairan Technology Co, Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
TAMBAHKAN: Gedung Pabrik 5, Area C3, Pangkalan Industri Xingguangyuan, Jalan Selatan Yanjiang, Jalan Luocun, Distrik Nanhai, Kota Foshan, Provinsi Guangdong, Tiongkok 528226
& Jalan Xingye No.7, Zona Konsentrasi Industri Zhuxi, Kota Zhoutie, Kota Yixing, Provinsi Jiangsu, Tiongkok
Waktu posting: 27 Maret 2023