חדשות טכניות מחקר על טכנולוגיית החלפת חום של רדיאטור מקורר אוויר עבור התקני חשמל

 תַקצִיר

מתוך כוונה לדרישות פיזור החום של מכשירי חשמל אלקטרוניים, טכנולוגיית חילופי החום של רדיאטורים מקוררי אוויר לקירורם נחקרה לעומק.על פי המאפיינים המבניים והדרישות הטכניות של הרדיאטור המקורר באוויר לקירור מכשיר הכוח, מתבצעות בדיקות הביצועים התרמיים של הרדיאטור המקורר באוויר עם מבנים שונים, ותוכנת חישוב הסימולציה משמשת לאימות עזר.לבסוף, במסגרת אותן תוצאות בדיקת עליית טמפרטורה, הושוו המאפיינים של רדיאטורים מקוררים באוויר עם מבנים שונים במונחים של אובדן לחץ, פיזור חום ליחידת נפח ואחידות הטמפרטורה של משטחי הרכבה של מכשירי חשמל.תוצאות המחקר מספקות התייחסות לתכנון של רדיאטורים מבניים דומים מקוררי אוויר.

מילות מפתח:רַדִיאָטוֹר;קירור אוויר;ביצועים תרמיים;צפיפות שטף החום 

0 הקדמה

עם ההתפתחות המדעית של מדע וטכנולוגיה של אלקטרוניקה כוח, היישום של התקני כוח אלקטרוניקה נרחב יותר.מה שקובע את חיי השירות והביצועים של מכשירים אלקטרוניים הוא הביצועים של המכשיר עצמו, וטמפרטורת הפעולה של המכשיר האלקטרוני, כלומר, יכולת העברת החום של הרדיאטור המשמש לפיזור חום מהמכשיר האלקטרוני.נכון להיום, בציוד אלקטרוני הספק עם צפיפות שטף חום של פחות מ-4 W/cm2, רוב מערכות הקירור מקוררות האוויר משמשות.מפזר חום.

Zhang Liangjuan וחב'.השתמש ב-FloTHERM כדי לבצע סימולציה תרמית של מודולים מקוררים באוויר, ואימת את מהימנות תוצאות הסימולציה עם תוצאות ניסוי, ובדק את ביצועי פיזור החום של פלטות קרות שונות בו-זמנית.

יאנג ג'ינגשאן בחר בשלושה רדיאטורים טיפוסיים מקוררי אוויר (כלומר רדיאטורים ישרים, רדיאטורים מלבניים במילוי קצף מתכת ורדיאטורים רדיאליים) כאובייקטי מחקר, והשתמש בתוכנת CFD כדי לשפר את יכולת העברת החום של הרדיאטורים.וייעל את הביצועים המקיפים של זרימה והעברת חום.

וואנג צ'אנגצ'אנג ואחרים השתמשו בתוכנת הדמיית פיזור חום FLoTHERM כדי לדמות ולחשב את ביצועי פיזור החום של הרדיאטור המקורר באוויר, בשילוב עם הנתונים הניסיוניים לניתוח השוואתי, וחקרו את השפעתם של פרמטרים כמו מהירות רוח קירור, צפיפות שיניים גובה על ביצועי פיזור החום של הרדיאטור המקורר באוויר.

Shao Qiang et al.ניתח בקצרה את נפח האוויר הייחוס הנדרש לקירור אוויר מאולץ על ידי נטילת רדיאטור סנפיר מלבני כדוגמה;בהתבסס על הצורה המבנית של הרדיאטור ועקרונות מכניקת הנוזלים, נגזרה נוסחת הערכת התנגדות הרוח של תעלת אוויר הקירור;בשילוב עם ניתוח קצר של עקומת ה-PQ האופיינית של המאוורר, ניתן לקבל במהירות את נקודת העבודה בפועל ונפח אוויר האוורור של המאוורר.

פאן שוג'י בחרה את הרדיאטור מקורר האוויר למחקר, והסבירה בקצרה את השלבים של חישוב פיזור חום, בחירת רדיאטור, חישוב פיזור חום מקורר אוויר ובחירת מאוורר בתכנון פיזור חום, והשלימה את התכנון הפשוט של רדיאטור מקורר אוויר.באמצעות תוכנת סימולציה תרמית ICEPAK, Liu Wei et al.ביצע ניתוח השוואתי של שתי שיטות עיצוב הפחתת משקל עבור רדיאטורים (הגדלת מרווח הסנפירים והקטנת גובה הסנפיר).מאמר זה מציג את המבנה ואת ביצועי פיזור החום של רדיאטורים מקוררים באוויר בפרופיל, שן ספיר וסנפיר צלחת בהתאמה.

1 מבנה רדיאטור מקורר אוויר

1.1 רדיאטורים מקוררי אוויר בשימוש נפוץ

הרדיאטור הנפוץ מקורר אוויר נוצר על ידי עיבוד מתכת, והאוויר הקירור זורם דרך הרדיאטור כדי לפזר את החום של המכשיר האלקטרוני לסביבה האטמוספרית.מבין חומרי המתכת הנפוצים, לכסף יש את המוליכות התרמית הגבוהה ביותר של 420 W/m*K, אך הוא יקר;

המוליכות התרמית של הנחושת היא 383 W/m· K, שזה קרוב יחסית לרמת הכסף, אך טכנולוגיית העיבוד מסובכת, העלות גבוהה והמשקל כבד יחסית;

המוליכות התרמית של סגסוגת אלומיניום 6063 היא 201 W/m· K. היא זולה, בעלת מאפייני עיבוד טובים, טיפול משטח קל וביצועי עלות גבוהים.

לכן, החומר של הרדיאטורים הנוכחיים המקוררים באוויר משתמש בדרך כלל בסגסוגת אלומיניום זו.איור 1 מציג שני גופי קירור מקורר אוויר נפוצים.שיטות העיבוד הנפוצות של רדיאטור מקורר אוויר כוללות בעיקר את הדברים הבאים:

(1) שרטוט ויצירת סגסוגת אלומיניום, שטח העברת החום ליחידת נפח יכול להגיע לכ-300 מ'²/m³, ושיטות הקירור הן קירור טבעי וקירור אוורור מאולץ;

(2) גוף הקירור והמצע משובצים יחד, וניתן לחבר את גוף הקירור והמצע על ידי מסמרות, הדבקת שרף אפוקסי, ריתוך הלחמה, הלחמה ותהליכים אחרים.בנוסף, החומר של המצע יכול להיות גם סגסוגת נחושת.שטח העברת החום ליחידת נפח יכול להגיע לכ-500 מ"ר/מ"ק, ושיטות הקירור הן קירור טבעי וקירור אוורור מאולץ;

(3) יצירת שן חפירה, רדיאטור מסוג זה יכול לבטל את ההתנגדות התרמית בין גוף הקירור למצע, המרחק בין גוף הקירור יכול להיות פחות מ-1.0 מ"מ, ושטח העברת החום ליחידת נפח יכול להגיע לכ-2,500 M²/m³.שיטת העיבוד מוצגת באיור 2, ושיטת הקירור היא קירור אוויר מאולץ.

איור 1. גוף קירור מקורר אוויר נפוץ

איור 2. שיטת עיבוד של רדיאטור מקורר אוויר בשן חפירה

רדיאטור מקורר אוויר 1.2 צלחת סנפיר

הרדיאטור מקורר האוויר הוא סוג של רדיאטור מקורר אוויר המעובד על ידי הלחמה של מספר חלקים.הוא מורכב בעיקר משלושה חלקים כגון גוף קירור, צלחת צלעות וצלחת בסיס.המבנה שלו מוצג באיור 3. סנפירי הקירור יכולים לאמץ סנפירים שטוחים, סנפירים גליים, סנפירים מדורגים ומבנים אחרים.בהתחשב בתהליך הריתוך של הצלעות, נבחרים חומרי אלומיניום מסדרה 3 עבור הצלעות, גופי הקירור והבסיסים כדי להבטיח את יכולת הריתוך של הרדיאטור המקורר באוויר.שטח העברת החום ליחידת נפח של הרדיאטור מקורר אוויר פלט-סנפיר יכול להגיע לכ-650 מ"ר/מ"ק, ושיטות הקירור הן קירור טבעי וקירור אוורור מאולץ.

איור 3. רדיאטור מקורר אוויר

2 ביצועים תרמיים של רדיאטורים שונים מקוררי אוויר

2.1בדרך כלל רדיאטורים מקורר אוויר בפרופיל משומש

2.1.1 פיזור חום טבעי

רדיאטורים מקוררי אוויר נפוץ מקררים בעיקר מכשירים אלקטרוניים על ידי קירור טבעי, וביצועי פיזור החום שלהם תלויים בעיקר בעובי סנפירי פיזור החום, גובה הסנפירים, גובה הסנפירים ואורך סנפירי פיזור החום. לאורך כיוון זרימת אוויר הקירור.עבור פיזור חום טבעי, ככל ששטח פיזור החום האפקטיבי גדול יותר, כך ייטב.הדרך הישירה ביותר היא להקטין את מרווח הסנפירים ולהגדיל את מספר הסנפירים, אך הרווח בין הסנפירים קטן מספיק כדי להשפיע על שכבת הגבול של הסעה טבעית.ברגע ששכבות הגבול של קירות הסנפירים הסמוכים מתכנסות, מהירות האוויר בין הסנפירים תרד בחדות, וגם אפקט פיזור החום ירד בחדות.באמצעות חישוב סימולציה וזיהוי בדיקה של הביצועים התרמיים של הרדיאטור המקורר באוויר, כאשר אורך סנפיר פיזור החום הוא 100 מ"מ וצפיפות שטף החום היא 0.1 W/cm², אפקט פיזור החום של מרווח סנפיר שונה מוצג באיור 4. מרחק הסרט הטוב ביותר הוא כ-8.0 מ"מ.אם אורך סנפירי הקירור גדל, מרווח הסנפירים האופטימלי יגדל.

איור.4.קשר בין טמפרטורת המצע לבין מרווח סנפיר
  

2.1.2 קירור הסעה מאולץ

הפרמטרים המבניים של הרדיאטור הגלי המקורר באוויר הם גובה סנפיר 98 מ"מ, אורך סנפיר 400 מ"מ, עובי סנפיר 4 מ"מ, מרווח סנפיר 4 מ"מ ומהירות חזיתית של אוויר קירור 8 מ' לשנייה.רדיאטור גלי מקורר אוויר עם צפיפות שטף חום של 2.38 W/cm²עבר בדיקת עליית טמפרטורה.תוצאות הבדיקה מראות שעליית הטמפרטורה של הרדיאטור היא 45 K, אובדן הלחץ של אוויר הקירור הוא 110 Pa, ופיזור החום ליחידת נפח הוא 245 קילוואט למטר.³.בנוסף, האחידות של משטח ההרכבה של רכיבי החשמל ירודה, והפרש הטמפרטורה שלו מגיע לכ-10 מעלות צלזיוס.כיום, כדי לפתור בעיה זו, צינורות חום נחושת קבורים בדרך כלל על משטח ההתקנה של הרדיאטור המקורר באוויר, כך שניתן לשפר משמעותית את אחידות הטמפרטורה של משטח התקנת רכיבי החשמל בכיוון הנחת צינור החום, וכן ההשפעה אינה ברורה בכיוון האנכי.אם נעשה שימוש בטכנולוגיית תא אדים במצע, ניתן לשלוט באחידות הטמפרטורה הכוללת של משטח ההרכבה של רכיב הכוח בתוך 3 מעלות צלזיוס, וניתן גם להפחית את עליית הטמפרטורה של גוף הקירור במידה מסוימת.ניתן להפחית את חתיכת הבדיקה הזו בכ-3 מעלות צלזיוס.

באמצעות תוכנת חישוב סימולציה תרמית, באותם תנאים חיצוניים, מתבצע חישוב סימולציה של שן ישרה וסנפירי קירור גלי, והתוצאות מוצגות באיור 5. הטמפרטורה של משטח ההרכבה של התקן הכוח עם קירור שן ישרה סנפירים הם 153.5 מעלות צלזיוס, וזו של סנפירי קירור גליים הוא 133.5 מעלות צלזיוס.לכן, כושר הקירור של הרדיאטור הגלי טוב יותר מזו של הרדיאטור מקורר האוויר בעל השיניים הישר, אך אחידות הטמפרטורה של גופי הסנפיר של השניים היא ירודה יחסית, מה שיש לו השפעה רבה יותר על ביצועי הקירור. של הרדיאטור.

איור.5.שדה טמפרטורה של סנפירים ישרים וגליים

2.2 רדיאטור מקורר אוויר עם צלחת סנפיר

הפרמטרים המבניים של הרדיאטור מקורר האוויר עם צלחת סנפיר הם כדלקמן: גובה חלק האוורור הוא 100 מ"מ, אורך הסנפירים הוא 240 מ"מ, המרווח בין הסנפירים הוא 4 מ"מ, מהירות הזרימה החזיתית. של אוויר הקירור הוא 8 m/s, וצפיפות שטף החום היא 4.81 W/cm².עליית הטמפרטורה היא 45 מעלות צלזיוס, אובדן לחץ אוויר הקירור הוא 460 Pa, ופיזור החום ליחידת נפח הוא 374 קילוואט/מ"ר³.בהשוואה לרדיאטור הגלי המקורר באוויר, יכולת פיזור החום ליחידת נפח גדלה ב-52.7%, אך גם אובדן לחץ האוויר גדול יותר.

רדיאטור מקורר אוויר 2.3 שן שופל

על מנת להבין את הביצועים התרמיים של רדיאטור שן האת מאלומיניום, גובה הסנפיר הוא 15 מ"מ, אורך הסנפיר הוא 150 מ"מ, עובי הסנפיר הוא 1 מ"מ, מרווח הסנפיר הוא 1 מ"מ, ואוויר הקירור חזיתית. המהירות היא 5.4 מ"ש.רדיאטור מקורר אוויר עם שן חפירה עם צפיפות שטף חום של 2.7 W/cm²עבר בדיקת עליית טמפרטורה.תוצאות הבדיקה מראות שהטמפרטורה של משטח ההרכבה של רכיב הכוח של הרדיאטור היא 74.2 מעלות צלזיוס, עליית הטמפרטורה של הרדיאטור היא 44.8K, אובדן לחץ אוויר הקירור הוא 460 Pa, ופיזור החום ליחידת נפח מגיע ל-4570 קילוואט/מ"ר.³.

3 מסקנה

באמצעות תוצאות הבדיקה לעיל, ניתן להסיק את המסקנות הבאות.

(1) יכולת הקירור של הרדיאטור המקורר באוויר ממוינת לפי גבוה ונמוך: רדיאטור מקורר אוויר עם שן שופל, רדיאטור מקורר אוויר עם צלחות סנפיר, רדיאטור מקורר אוויר גלי ורדיאטור מקורר אוויר עם שיניים ישרות.

(2) הפרש הטמפרטורות בין הסנפירים ברדיאטור מקורר אוויר גלי לרדיאטור מקורר אוויר ישר שיניים גדול יחסית, דבר בעל השפעה רבה על יכולת הקירור של הרדיאטור.

(3) לרדיאטור מקורר האוויר הטבעי יש את מרווח הסנפירים הטוב ביותר, שניתן להשיג בניסוי או בחישוב תיאורטי.

(4) בשל יכולת הקירור החזקה של הרדיאטור מקורר האוויר עם שן האת, ניתן להשתמש בו בציוד אלקטרוני עם צפיפות שטף חום מקומית גבוהה.

מקור: הנדסת מכונות וחשמל טכנולוגיה כרך 50 גיליון 06

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

כתב ויתור

התכנים הנ"ל מגיעים ממידע ציבורי באינטרנט ומשמשים רק לתקשורת ולמידה בתעשייה.המאמר הוא דעתו העצמאית של המחבר ואינו מייצג את עמדת DONGXU HYDRAULICS.אם יש בעיות בתוכן היצירה, זכויות יוצרים וכדומה, אנא פנה אלינו תוך 30 יום מפרסום מאמר זה, ואנו נמחק את התוכן הרלוונטי לאלתר.

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.יש שלוש חברות בנות:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., וGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
חברת האחזקות שלFoshan Nanhai Dongxu הידראולי מכונות ושות' בע"מ: Ningbo Fenghua מס' 3 מפעל חלקים הידראוליים, וכו.

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd. 

&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.

MAIL:  Jaemo@fsdxyy.com

אינטרנט: www.dxhydraulics.com

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

הוסף: בניין מפעל 5, אזור C3, בסיס התעשייה Xingguangyuan, Yanjiang South Road, Luocun Street, מחוז Nanhai, פושאן סיטי, מחוז גואנגדונג, סין 528226

& מס' 7 Xingye Road, אזור הריכוז התעשייתי Zhuxi, Zhoutie Town, Yixing City, מחוז ג'יאנגסו, סין