추상적인
전력 전자 전력 장치의 방열 요구 사항을 목표로 이를 냉각하기 위한 공냉식 라디에이터의 열 교환 기술이 심층적으로 연구되었습니다.전력 장치 냉각용 공냉식 라디에이터의 구조적 특성 및 기술 요구 사항에 따라 다양한 구조의 공냉식 라디에이터의 열 성능 테스트를 수행하고 시뮬레이션 계산 소프트웨어를 사용하여 보조 검증을 수행합니다.마지막으로 동일한 온도 상승 시험 결과에서 구조가 다른 공냉식 라디에이터의 압력 손실, 단위 부피당 방열, 전력 장치 장착 표면의 온도 균일성 측면에서 특성을 비교했습니다.연구 결과는 유사한 구조의 공냉식 라디에이터 설계에 대한 참고 자료를 제공합니다.
키워드:라디에이터;공기 냉각;열 성능;열유속 밀도
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전력 전자 과학 기술의 과학적 발전으로 전력 전자 전력 장치의 응용이 더욱 광범위해졌습니다.전자 장치의 수명과 성능을 결정하는 것은 장치 자체의 성능과 전자 장치의 작동 온도, 즉 전자 장치에서 열을 방출하는 데 사용되는 라디에이터의 열 전달 용량입니다.현재 열유속 밀도가 4W/cm2 미만인 전력 전자 장비에는 대부분 공냉식 냉각 시스템이 사용됩니다.방열판.
Zhang Liangjuanet al.FloTHERM을 사용하여 공냉식 모듈의 열 시뮬레이션을 수행하고 실험 테스트 결과를 통해 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 검증했으며 다양한 냉각판의 방열 성능을 동시에 테스트했습니다.
Yang Jingshan은 세 가지 일반적인 공냉식 라디에이터(즉, 직선 핀 라디에이터, 금속 폼으로 채워진 직사각형 채널 라디에이터, 방사형 핀 라디에이터)를 연구 대상으로 선택하고 CFD 소프트웨어를 사용하여 라디에이터의 열 전달 용량을 향상시켰습니다.그리고 흐름과 열 전달의 포괄적인 성능을 최적화합니다.
Wang Changchang 등은 방열 시뮬레이션 소프트웨어 FLoTHERM을 사용하여 공냉식 라디에이터의 방열 성능을 시뮬레이션 및 계산하고, 비교 분석을 위한 실험 데이터와 결합하고, 냉각 풍속, 치밀도 및 치밀도와 같은 매개변수의 영향을 연구했습니다. 공냉식 라디에이터의 방열 성능이 높이 평가됩니다.
Shao Qianget al.직사각형 핀 라디에이터를 예로 들어 강제 공기 냉각에 필요한 기준 공기량을 간략하게 분석했습니다.라디에이터의 구조적 형태와 유체역학의 원리를 바탕으로 냉각공기덕트의 풍저항 추정식을 도출하였다.팬의 PQ 특성 곡선에 대한 간략한 분석과 결합하여 팬의 실제 작동점과 환기 풍량을 신속하게 얻을 수 있습니다.
Pan Shujie는 연구를 위해 공냉식 라디에이터를 선택하고 방열 설계에서 방열 계산, 라디에이터 선택, 공랭식 방열 계산 및 팬 선택 단계를 간략하게 설명하고 간단한 공냉식 라디에이터 설계를 완성했습니다.ICEPAK 열 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 Liu Wei et al.라디에이터의 두 가지 경량화 설계 방법(핀 간격 증가 및 핀 높이 감소)에 대한 비교 분석을 수행했습니다.본 논문에서는 프로파일, 스페이드 치형 및 플레이트 핀 공냉식 라디에이터의 구조와 방열 성능을 각각 소개합니다.
1 공냉식 라디에이터 구조
1.1 일반적으로 사용되는 공냉식 라디에이터
일반적인 공냉식 라디에이터는 금속 가공으로 형성되며 냉각 공기는 라디에이터를 통과하여 전자 장치의 열을 대기 환경으로 방출합니다.일반적인 금속 재료 중에서 은은 420W/m*K의 가장 높은 열전도율을 가지지만 가격이 비쌉니다.
구리의 열전도율은 383W/m·K로 은 수준에 비교적 가깝지만 가공 기술이 복잡하고 원가가 높으며 무게도 상대적으로 무겁습니다.
6063 알루미늄 합금의 열전도율은 201W/m·K입니다. 가격이 저렴하고 가공 특성이 좋으며 표면 처리가 쉽고 가격 대비 성능이 높습니다.
따라서 현재 주류 공냉식 라디에이터의 재료는 일반적으로 이 알루미늄 합금을 사용합니다.그림 1은 두 가지 일반적인 공냉식 방열판을 보여줍니다.일반적으로 사용되는 공냉식 라디에이터 처리 방법은 주로 다음과 같습니다.
(1) 알루미늄 합금 드로잉 및 성형, 단위 부피당 열 전달 면적은 약 300m에 도달할 수 있습니다.2/m3, 냉각 방법에는 자연 냉각과 강제 환기 냉각이 있습니다.
(2) 방열판과 기판은 함께 상감되어 있으며 리벳 팅, 에폭시 수지 접합, 브레이징 용접, 납땜 및 기타 공정을 통해 방열판과 기판을 연결할 수 있습니다.또한, 기판의 재질은 구리합금일 수도 있다.단위 체적당 열 전달 면적은 약 500m2/m3에 도달할 수 있으며 냉각 방법은 자연 냉각과 강제 환기 냉각입니다.
(3) 삽 톱니 형성, 이러한 종류의 라디에이터는 방열판과 기판 사이의 열 저항을 제거할 수 있으며 방열판 사이의 거리는 1.0mm 미만일 수 있으며 단위 부피당 열 전달 면적은 약 2,500에 도달할 수 있습니다. 중2/m3.처리 방법은 그림 2에 나타나 있으며 냉각 방법은 강제 공랭이다.
그림 1. 일반적으로 사용되는 공냉식 방열판
그림 2. 삽날 공냉식 라디에이터의 가공 방법
1.2 플레이트 핀 공냉식 라디에이터
플레이트 핀 공냉식 라디에이터는 여러 부품을 브레이징 처리한 일종의 공냉식 라디에이터입니다.주로 방열판, 리브 플레이트, 베이스 플레이트의 세 부분으로 구성됩니다.그 구조는 그림 3에 나와 있습니다. 냉각 핀은 평평한 핀, 주름진 핀, 엇갈린 핀 및 기타 구조를 채택할 수 있습니다.리브의 용접 공정을 고려하여 플레이트 핀 공냉식 라디에이터의 용접성을 보장하기 위해 리브, 방열판 및 베이스에 3 시리즈 알루미늄 재료를 선택했습니다.판형 공냉식 라디에이터의 단위 부피당 열 전달 면적은 약 650m2/m3에 달할 수 있으며 냉각 방법은 자연 냉각과 강제 환기 냉각이 있습니다.
그림 3. 플레이트 핀 공냉식 라디에이터
2 다양한 공냉식 라디에이터의 열 성능v
2.1천하게 중고 프로파일 공냉식 라디에이터
2.1.1 자연 열 방출
일반적으로 사용되는 공냉식 라디에이터는 주로 자연 냉각을 통해 전자 장치를 냉각하며, 방열 성능은 주로 방열 핀의 두께, 핀의 피치, 핀의 높이 및 방열 핀의 길이에 따라 달라집니다. 냉각 공기 흐름 방향을 따라.자연 방열의 경우 유효 방열 면적이 클수록 좋습니다.가장 직접적인 방법은 핀 간격을 줄이고 핀 수를 늘리는 것이지만, 핀 사이의 간격은 자연 대류의 경계층에 영향을 미칠 만큼 작습니다.인접한 핀 벽의 경계층이 수렴되면 핀 사이의 공기 속도가 급격히 떨어지고 열 방출 효과도 급격히 떨어집니다.공냉식 라디에이터의 열 성능에 대한 시뮬레이션 계산 및 테스트 감지를 통해 방열핀 길이가 100mm이고 열유속 밀도가 0.1W/cm2일 때2, 서로 다른 핀 간격의 열 방출 효과가 그림 4에 나와 있습니다. 가장 좋은 필름 거리는 약 8.0mm입니다.냉각 핀의 길이가 늘어나면 최적의 핀 간격도 커집니다.
그림 4.기판 온도와 핀 간격 사이의 관계
2.1.2 강제 대류 냉각
주름형 공냉식 라디에이터의 구조 매개변수는 핀 높이 98mm, 핀 길이 400mm, 핀 두께 4mm, 핀 간격 4mm, 냉각 공기 정면 속도 8m/s입니다.열유속 밀도가 2.38W/cm인 주름형 공냉식 라디에이터2온도 상승 테스트를 거쳤습니다.테스트 결과, 라디에이터의 온도 상승은 45K, 냉각 공기의 압력 손실은 110Pa, 단위 부피당 방열량은 245kW/m인 것으로 나타났습니다.3.또한, 파워부품 실장면의 균일성이 좋지 않아 온도차가 약 10℃에 이른다.현재는 이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 공냉식 라디에이터의 설치면에 구리 히트파이프를 매설함으로써 히트파이프를 부설하는 방향으로 파워컴포넌트 설치면의 온도 균일성을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 수직 방향에서는 효과가 뚜렷하지 않습니다.기판에 증기 챔버 기술을 사용하면 전력 부품 실장 표면의 전체 온도 균일성을 3°C 이내로 제어할 수 있으며 방열판의 온도 상승도 어느 정도 줄일 수 있습니다.이 시험편은 약 3°C 정도 감소할 수 있습니다.
열 시뮬레이션 계산 소프트웨어를 사용하여 동일한 외부 조건에서 직선 톱니 및 주름형 냉각 핀의 시뮬레이션 계산을 수행하고 결과를 그림 5에 표시합니다. 직선 톱니 냉각을 사용하는 전력 장치의 장착 표면 온도 핀의 온도는 153.5°C이고 주름진 냉각 핀의 온도는 133.5°C입니다.따라서 주름형 공냉식 라디에이터의 냉각 용량은 직선형 공냉식 라디에이터보다 우수하지만 두 핀 본체의 온도 균일성이 상대적으로 좋지 않아 냉각 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. 라디에이터의.
그림 5.직선 핀과 주름 핀의 온도 필드
2.2 플레이트 핀 공냉식 라디에이터
판형 핀 공냉식 라디에이터의 구조 매개변수는 다음과 같습니다: 환기 부분의 높이 100mm, 핀 길이 240mm, 핀 사이 간격 4mm, 정면 유속 냉각 공기의 속도는 8m/s이고 열유속 밀도는 4.81W/cm입니다.2.온도 상승은 45°C, 냉각 공기 압력 손실은 460 Pa, 단위 부피당 방열은 374 kW/m입니다.3.주름형 공냉식 라디에이터와 비교하여 단위 부피당 방열 용량은 52.7% 증가했지만 공기 압력 손실도 더 큽니다.
2.3 삽날 공냉식 라디에이터
알루미늄 삽날 라디에이터의 열 성능을 이해하기 위해 핀 높이 15mm, 핀 길이 150mm, 핀 두께 1mm, 핀 간격 1mm, 냉각 공기 정면 속도는 5.4m/s이다.열유속 밀도가 2.7W/cm인 삽날 공랭식 라디에이터2온도 상승 테스트를 거쳤습니다.테스트 결과, 라디에이터 파워 엘리먼트 장착면 온도는 74.2°C, 라디에이터 온도 상승은 44.8K, 냉각 공기 압력 손실은 460 Pa, 단위 체적당 방열량은 4570 kW/m에 달하는 것으로 나타났습니다.3.
3 결론
위의 테스트 결과를 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
(1) 공냉식 라디에이터의 냉각 용량은 삽날 공냉식 라디에이터, 플레이트 핀 공냉식 라디에이터, 주름진 공냉식 라디에이터, 직선 톱니 공냉식 라디에이터 등 높음과 낮음으로 분류됩니다.
(2) 주름진 공냉식 라디에이터의 핀과 직선형 공냉식 라디에이터의 핀 사이의 온도 차이가 상대적으로 크며 이는 라디에이터의 냉각 용량에 큰 영향을 미칩니다.
(3) 자연 공냉식 라디에이터는 실험이나 이론적 계산을 통해 얻을 수 있는 가장 좋은 핀 간격을 갖습니다.
(4) 삽날형 공냉식 라디에이터의 강력한 냉각 용량으로 인해 국부 열유속 밀도가 높은 전자 장비에 사용할 수 있습니다.
출처: 기계전기공학기술 50권 06호
저자: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
부인 성명
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게시 시간: 2023년 3월 27일