तांत्रिक बातम्या｜पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणांसाठी एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या हीट एक्सचेंज तंत्रज्ञानावर संशोधन

 गोषवारा

पॉवर इलेक्‍ट्रॉनिक पॉवर उपकरणांच्या उष्मा वितळण्याच्या गरजा लक्षात घेऊन, त्यांना थंड करण्यासाठी एअर-कूल्ड रेडिएटर्सच्या उष्णता विनिमय तंत्रज्ञानाचा सखोल अभ्यास केला गेला आहे.पॉवर डिव्हाइस कूलिंगसाठी एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या स्ट्रक्चरल वैशिष्ट्यांनुसार आणि तांत्रिक आवश्यकतांनुसार, एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या वेगवेगळ्या संरचना असलेल्या थर्मल परफॉर्मन्स चाचण्या केल्या जातात आणि सिम्युलेशन कॅल्क्युलेशन सॉफ्टवेअर सहायक पडताळणीसाठी वापरले जाते.शेवटी, समान तापमान वाढ चाचणी परिणामांनुसार, दाब कमी होण्याच्या दृष्टीने भिन्न संरचना असलेल्या एअर-कूल्ड रेडिएटर्सची वैशिष्ट्ये, प्रति युनिट व्हॉल्यूम उष्णता नष्ट होणे आणि पॉवर डिव्हाइस माउंटिंग पृष्ठभागांची तापमान एकसमानता यांची तुलना केली गेली.संशोधन परिणाम समान संरचनात्मक एअर-कूल्ड रेडिएटर्सच्या डिझाइनसाठी संदर्भ प्रदान करतात.

कीवर्ड:रेडिएटर;हवा थंड करणे;थर्मल कामगिरी;उष्णता प्रवाह घनता 

0 प्रस्तावना

पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या वैज्ञानिक विकासासह, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स पॉवर उपकरणांचा वापर अधिक व्यापक आहे.इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे सेवा जीवन आणि कार्यप्रदर्शन काय निर्धारित करते ते उपकरणाचे स्वतःचे कार्यप्रदर्शन आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाचे ऑपरेटिंग तापमान, म्हणजेच, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणातून उष्णता नष्ट करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या रेडिएटरची उष्णता हस्तांतरण क्षमता.सध्या, 4 W/cm2 पेक्षा कमी उष्णता प्रवाह घनता असलेल्या पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये, बहुतेक एअर-कूल्ड कूलिंग सिस्टम वापरल्या जातात.उष्णता सिंक.

झांग लियांगजुआन आणि इतर.एअर-कूल्ड मॉड्यूल्सचे थर्मल सिम्युलेशन करण्यासाठी FloTHERM चा वापर केला, आणि प्रायोगिक चाचणी परिणामांसह सिम्युलेशन परिणामांची विश्वासार्हता सत्यापित केली आणि एकाच वेळी विविध कोल्ड प्लेट्सच्या उष्णता नष्ट करण्याच्या कार्यक्षमतेची चाचणी केली.

यांग जिंगशान यांनी तीन वैशिष्ट्यपूर्ण एअर-कूल्ड रेडिएटर्स (म्हणजेच, स्ट्रेट फिन रेडिएटर्स, मेटल फोमने भरलेले आयताकृती चॅनेल रेडिएटर्स आणि रेडियल फिन रेडिएटर्स) संशोधन वस्तू म्हणून निवडले आणि रेडिएटर्सची उष्णता हस्तांतरण क्षमता वाढविण्यासाठी CFD सॉफ्टवेअर वापरले.आणि प्रवाह आणि उष्णता हस्तांतरणाची सर्वसमावेशक कामगिरी ऑप्टिमाइझ करा.

वांग चँगचांग आणि इतरांनी उष्मा अपव्यय सिम्युलेशन सॉफ्टवेअर FLOTHERM चा वापर करून एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या उष्णतेच्या अपव्यय कार्यक्षमतेचे अनुकरण आणि गणना केली, तुलनात्मक विश्लेषणासाठी प्रायोगिक डेटासह एकत्रित केले आणि थंड वाऱ्याचा वेग, दातांची घनता आणि यासारख्या घटकांच्या प्रभावाचा अभ्यास केला. एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या उष्णतेच्या अपव्यय कामगिरीवर उंची.

शाओ कियांग आणि इतर.उदाहरण म्हणून आयताकृती पंख असलेला रेडिएटर घेऊन सक्तीने हवा थंड करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या संदर्भ हवेच्या प्रमाणाचे थोडक्यात विश्लेषण केले;रेडिएटरचे संरचनात्मक स्वरूप आणि द्रव यांत्रिकी तत्त्वांवर आधारित, कूलिंग एअर डक्टचे वारा प्रतिरोधक अंदाज सूत्र प्राप्त केले गेले;फॅनच्या PQ वैशिष्ट्यपूर्ण वक्रच्या संक्षिप्त विश्लेषणासह एकत्रितपणे, फॅनचे वास्तविक कार्य बिंदू आणि वायुवीजन हवेचे प्रमाण त्वरीत मिळू शकते.

पॅन शुजीने संशोधनासाठी एअर-कूल्ड रेडिएटरची निवड केली आणि उष्णतेचा अपव्यय गणना, रेडिएटर निवड, एअर-कूल्ड हीट डिसिपेशन कॅल्क्युलेशन आणि फॅन सिलेक्शनचे टप्पे थोडक्यात स्पष्ट केले आणि साधे एअर-कूल्ड रेडिएटर डिझाइन पूर्ण केले.ICEPAK थर्मल सिम्युलेशन सॉफ्टवेअर वापरून, Liu Wei et al.रेडिएटर्ससाठी दोन वजन कमी करण्याच्या डिझाइन पद्धतींचे तुलनात्मक विश्लेषण केले (फिन स्पेसिंग वाढवणे आणि पंखांची उंची कमी करणे).हा पेपर अनुक्रमे प्रोफाइल, स्पेड टूथ आणि प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर्सची रचना आणि उष्णता नष्ट करण्याच्या कामगिरीचा परिचय देतो.

1 एअर-कूल्ड रेडिएटर संरचना

1.1 सामान्यतः वापरलेले एअर-कूल्ड रेडिएटर्स

सामान्य एअर-कूल्ड रेडिएटर धातूच्या प्रक्रियेद्वारे तयार होतो आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाची उष्णता वातावरणातील वातावरणात पसरवण्यासाठी शीतल हवा रेडिएटरमधून वाहते.सामान्य धातूच्या पदार्थांमध्ये, चांदीची 420 W/m*K ची सर्वाधिक थर्मल चालकता असते, परंतु ती महाग असते;

तांब्याची थर्मल चालकता 383 W/m· K आहे, जी तुलनेने चांदीच्या पातळीच्या जवळ आहे, परंतु प्रक्रिया तंत्रज्ञान क्लिष्ट आहे, खर्च जास्त आहे आणि वजन तुलनेने जास्त आहे;

6063 अॅल्युमिनियम मिश्र धातुची थर्मल चालकता 201 W/m· K आहे. ती स्वस्त आहे, चांगली प्रक्रिया वैशिष्ट्ये आहेत, पृष्ठभागावर सुलभ उपचार आणि उच्च किमतीची कार्यक्षमता आहे.

म्हणून, सध्याच्या मुख्य प्रवाहातील एअर-कूल्ड रेडिएटर्सची सामग्री सामान्यतः या अॅल्युमिनियम मिश्र धातुचा वापर करते.आकृती 1 दोन सामान्य एअर-कूल्ड हीट सिंक दाखवते.सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या एअर-कूल्ड रेडिएटर प्रक्रिया पद्धतींमध्ये प्रामुख्याने पुढील गोष्टींचा समावेश होतो:

(1) अॅल्युमिनियम मिश्र धातु रेखाटणे आणि तयार करणे, उष्णता हस्तांतरण क्षेत्र प्रति युनिट व्हॉल्यूम सुमारे 300 मीटरपर्यंत पोहोचू शकते²/m³, आणि कूलिंग पद्धती नैसर्गिक कूलिंग आणि सक्तीने वेंटिलेशन कूलिंग आहेत;

(२) हीट सिंक आणि सब्सट्रेट एकत्र जोडलेले असतात आणि हीट सिंक आणि सब्सट्रेट रिव्हटिंग, इपॉक्सी रेझिन बाँडिंग, ब्रेझिंग वेल्डिंग, सोल्डरिंग आणि इतर प्रक्रियांद्वारे जोडले जाऊ शकतात.याव्यतिरिक्त, सब्सट्रेटची सामग्री तांबे मिश्र धातु देखील असू शकते.प्रति युनिट व्हॉल्यूम उष्णता हस्तांतरण क्षेत्र सुमारे 500 m2/m3 पर्यंत पोहोचू शकते, आणि थंड करण्याच्या पद्धती नैसर्गिक थंड आणि सक्तीचे वायुवीजन कूलिंग आहेत;

(३) फावडे दात तयार करणे, या प्रकारचे रेडिएटर उष्णता सिंक आणि सब्सट्रेटमधील थर्मल प्रतिरोधकता दूर करू शकते, उष्णता सिंकमधील अंतर 1.0 मिमी पेक्षा कमी असू शकते आणि प्रति युनिट व्हॉल्यूम उष्णता हस्तांतरण क्षेत्र सुमारे 2500 पर्यंत पोहोचू शकते. मी²/m³.प्रक्रिया पद्धत आकृती 2 मध्ये दर्शविली आहे, आणि कूलिंग पद्धत सक्तीने एअर कूलिंग आहे.

अंजीर. 1. सामान्यतः वापरलेले एअर-कूल्ड हीट सिंक

अंजीर 2. फावडे दात एअर-कूल्ड रेडिएटरची प्रक्रिया पद्धत

1.2 प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर

प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर हा एक प्रकारचा एअर-कूल्ड रेडिएटर आहे ज्यावर अनेक भागांच्या ब्रेझिंगद्वारे प्रक्रिया केली जाते.हे मुख्यत्वे हीट सिंक, रिब प्लेट आणि बेस प्लेट अशा तीन भागांनी बनलेले आहे.त्याची रचना आकृती 3 मध्ये दर्शविली आहे. शीतल पंख सपाट पंख, नालीदार पंख, स्टॅगर्ड पंख आणि इतर संरचनांचा अवलंब करू शकतात.रिब्सच्या वेल्डिंग प्रक्रियेचा विचार करून, प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटरची वेल्डेबिलिटी सुनिश्चित करण्यासाठी 3 मालिका अॅल्युमिनियम सामग्री रिब्स, हीट सिंक आणि बेससाठी निवडली जाते.प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूमचे उष्णता हस्तांतरण क्षेत्र सुमारे 650 m2/m3 पर्यंत पोहोचू शकते आणि थंड करण्याच्या पद्धती नैसर्गिक थंड आणि सक्तीचे वायुवीजन कूलिंग आहेत.

अंजीर 3. प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर

2 विविध एअर-कूल्ड रेडिएटर्सची थर्मल कामगिरी

२.१सामान्यतः प्रोफाइल एअर-कूल्ड रेडिएटर्स वापरले

2.1.1 नैसर्गिक उष्णता नष्ट होणे

सामान्यतः वापरले जाणारे एअर-कूल्ड रेडिएटर्स प्रामुख्याने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना नैसर्गिक शीतकरणाने थंड करतात आणि त्यांची उष्णता नष्ट करण्याचे कार्यप्रदर्शन मुख्यत्वे उष्णतेचे अपव्यय करणाऱ्या पंखांच्या जाडीवर, पंखांची खेळपट्टी, पंखांची उंची आणि उष्णता पसरवणाऱ्या पंखांची लांबी यावर अवलंबून असते. थंड हवेच्या प्रवाहाच्या दिशेने.नैसर्गिक उष्णतेचा अपव्यय होण्यासाठी, प्रभावी उष्णता नष्ट करण्याचे क्षेत्र जितके मोठे असेल तितके चांगले.पंखांमधील अंतर कमी करणे आणि पंखांची संख्या वाढवणे हा सर्वात थेट मार्ग आहे, परंतु पंखांमधील अंतर नैसर्गिक संवहनाच्या सीमा स्तरावर परिणाम करण्यासाठी पुरेसे लहान आहे.जवळच्या पंखांच्या भिंतींचे सीमा स्तर एकत्र आल्यावर, पंखांमधील हवेचा वेग झपाट्याने कमी होईल आणि उष्णतेचा अपव्यय प्रभाव देखील झपाट्याने कमी होईल.सिम्युलेशन कॅल्क्युलेशनद्वारे आणि एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या थर्मल परफॉर्मन्सची चाचणी तपासणे, जेव्हा उष्णतेचा अपव्यय फिनची लांबी 100 मिमी असते आणि उष्णता प्रवाह घनता 0.1 डब्ल्यू/सेमी असते.², वेगवेगळ्या पंखांच्या अंतराचा उष्णता नष्ट होण्याचा प्रभाव आकृती 4 मध्ये दर्शविला आहे. सर्वोत्तम फिल्म अंतर सुमारे 8.0 मिमी आहे.कूलिंग फिनची लांबी वाढल्यास, इष्टतम फिनमधील अंतर मोठे होईल.

अंजीर.4.थर तापमान आणि पंख अंतर यांच्यातील संबंध
  

2.1.2 सक्तीचे संवहन कूलिंग

कोरुगेटेड एअर-कूल्ड रेडिएटरचे संरचनात्मक मापदंड म्हणजे पंखाची उंची 98 मिमी, पंखाची लांबी 400 मिमी, पंखाची जाडी 4 मिमी, पंखातील अंतर 4 मिमी आणि थंड हवेचा वेग 8 मीटर/से.2.38 W/cm च्या उष्मा प्रवाह घनतेसह एक नालीदार एअर-कूल्ड रेडिएटर²तापमान वाढ चाचणीच्या अधीन होती.चाचणी परिणाम दर्शविते की रेडिएटरच्या तापमानात वाढ 45 K आहे, थंड हवेचा दाब कमी होणे 110 Pa आहे, आणि उष्णतेचे विघटन प्रति युनिट व्हॉल्यूम 245 kW/m आहे.³.याव्यतिरिक्त, पॉवर घटक माउंटिंग पृष्ठभागाची एकसमानता खराब आहे आणि तापमानातील फरक सुमारे 10 डिग्री सेल्सियसपर्यंत पोहोचतो.सध्या, या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, कॉपर हीट पाईप्स सामान्यतः एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या स्थापनेच्या पृष्ठभागावर पुरल्या जातात, ज्यामुळे उर्जा घटकांच्या स्थापनेच्या पृष्ठभागाची तापमान एकसमानता उष्णता पाईप घालण्याच्या दिशेने लक्षणीयरीत्या सुधारली जाऊ शकते आणि उभ्या दिशेने परिणाम स्पष्ट नाही.जर सब्सट्रेटमध्ये बाष्प कक्ष तंत्रज्ञानाचा वापर केला गेला तर, उर्जा घटक माउंटिंग पृष्ठभागाची एकूण तापमान एकसमानता 3 डिग्री सेल्सिअसच्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते आणि उष्णता सिंकच्या तापमानात वाढ देखील काही प्रमाणात कमी केली जाऊ शकते.हा चाचणी तुकडा सुमारे 3 °C ने कमी केला जाऊ शकतो.

थर्मल सिम्युलेशन कॅल्क्युलेशन सॉफ्टवेअरचा वापर करून, समान बाह्य परिस्थितीत, सरळ दात आणि नालीदार कूलिंग फिनची सिम्युलेशन गणना केली जाते आणि त्याचे परिणाम आकृती 5 मध्ये दर्शविले आहेत. सरळ-दात कूलिंगसह पॉवर डिव्हाइसच्या माउंटिंग पृष्ठभागाचे तापमान पंख 153.5 °C आहे, आणि नालीदार कूलिंग फिनचे 133.5 °C आहे.त्यामुळे, कोरुगेटेड एअर-कूल्ड रेडिएटरची शीतलक क्षमता सरळ-दात असलेल्या एअर-कूल्ड रेडिएटरपेक्षा चांगली असते, परंतु दोघांच्या पंखांच्या शरीराची तापमान एकसमानता तुलनेने खराब असते, ज्यामुळे कूलिंग कार्यक्षमतेवर अधिक परिणाम होतो. रेडिएटर च्या.

अंजीर.5.सरळ आणि नालीदार पंखांचे तापमान क्षेत्र

2.2 प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर

प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटरचे स्ट्रक्चरल पॅरामीटर्स खालीलप्रमाणे आहेत: वायुवीजन भागाची उंची 100 मिमी आहे, पंखांची लांबी 240 मिमी आहे, पंखांमधील अंतर 4 मिमी आहे, हेड-ऑन फ्लो वेग कूलिंग एअर 8 मी/से आहे आणि उष्मा प्रवाह घनता 4.81 डब्ल्यू/सेमी आहे².तापमानात वाढ 45°C आहे, थंड हवेच्या दाबाचे नुकसान 460 Pa आहे आणि उष्णतेचा अपव्यय प्रति युनिट व्हॉल्यूम 374 kW/m आहे³.कोरुगेटेड एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या तुलनेत, प्रति युनिट व्हॉल्यूममध्ये उष्णता पसरवण्याची क्षमता 52.7% वाढली आहे, परंतु हवेच्या दाबाचे नुकसान देखील मोठे आहे.

2.3 फावडे दात एअर-कूल्ड रेडिएटर

अॅल्युमिनियम फावडे-टूथ रेडिएटरची थर्मल कामगिरी समजून घेण्यासाठी, पंखाची उंची 15 मिमी आहे, पंखाची लांबी 150 मिमी आहे, पंखाची जाडी 1 मिमी आहे, पंखातील अंतर 1 मिमी आहे आणि थंड हवा हेड-ऑन आहे. वेग 5.4 मी/से आहे.2.7 W/cm च्या उष्मा प्रवाह घनतेसह फावडे-दात एअर-कूल्ड रेडिएटर²तापमान वाढ चाचणीच्या अधीन होती.चाचणी परिणाम दर्शविते की रेडिएटर पॉवर एलिमेंट माउंटिंग पृष्ठभागाचे तापमान 74.2°C आहे, रेडिएटरच्या तापमानात वाढ 44.8K आहे, थंड हवेच्या दाबाचे नुकसान 460 Pa आहे आणि प्रति युनिट व्हॉल्यूम 4570 kW/m पर्यंत उष्णतेचा अपव्यय होतो.³.

3 निष्कर्ष

वरील चाचणी परिणामांद्वारे, खालील निष्कर्ष काढले जाऊ शकतात.

(1) एअर-कूल्ड रेडिएटरची कूलिंग क्षमता उच्च आणि निम्नानुसार क्रमवारी लावली जाते: फावडे-दात एअर-कूल्ड रेडिएटर, प्लेट-फिन एअर-कूल्ड रेडिएटर, नालीदार एअर-कूल्ड रेडिएटर आणि सरळ-दात असलेले एअर-कूल्ड रेडिएटर.

(2) पन्हळी एअर-कूल्ड रेडिएटर आणि सरळ-दात असलेल्या एअर-कूल्ड रेडिएटरमधील पंखांमधील तापमानाचा फरक तुलनेने मोठा आहे, ज्याचा रेडिएटरच्या थंड क्षमतेवर मोठा प्रभाव पडतो.

(३) नैसर्गिक एअर-कूल्ड रेडिएटरमध्ये उत्कृष्ट फिन स्पेसिंग असते, जे प्रयोग किंवा सैद्धांतिक गणनेद्वारे मिळवता येते.

(4) फावडे-दात एअर-कूल्ड रेडिएटरच्या मजबूत कूलिंग क्षमतेमुळे, ते उच्च स्थानिक उष्णता प्रवाह घनतेसह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरले जाऊ शकते.

स्रोत: यांत्रिक आणि विद्युत अभियांत्रिकी तंत्रज्ञान खंड 50 अंक 06

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

अस्वीकरण

वरील सामग्री इंटरनेटवरील सार्वजनिक माहितीमधून येते आणि ती केवळ उद्योगात संप्रेषण आणि शिकण्यासाठी वापरली जाते.लेख हे लेखकाचे स्वतंत्र मत आहे आणि डोंगक्सू हायड्रोलिक्सच्या स्थितीचे प्रतिनिधित्व करत नाही.कामाची सामग्री, कॉपीराइट इत्यादींबाबत समस्या असल्यास, कृपया हा लेख प्रकाशित केल्यापासून 30 दिवसांच्या आत आमच्याशी संपर्क साधा आणि आम्ही संबंधित सामग्री त्वरित हटवू.

Foshan Nanhai Dongxu Hydrolic Machinery Co., Ltd.तीन उपकंपन्या आहेत:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., ग्वांगडोंग काइडुन फ्लुइड ट्रान्समिशन कं, लि., आणिग्वांगडोंग बोकाडे रेडिएटर मटेरियल कं, लि.
ची होल्डिंग कंपनीFoshan Nanhai Dongxu Hydrolic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 हायड्रोलिक पार्ट्स फॅक्टरी, इ.

Foshan Nanhai Dongxu Hydrolic Machinery Co., Ltd. 

आणिJiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.

MAIL:  Jaemo@fsdxyy.com

वेब: www.dxhydraulics.com

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

जोडा: फॅक्टरी बिल्डिंग 5, एरिया C3, झिंगगुआंग्युआन इंडस्ट्री बेस, यांजियांग साउथ रोड, लुओकुन स्ट्रीट, नन्हाई डिस्ट्रिक्ट, फोशान सिटी, ग्वांगडोंग प्रांत, चीन 528226

आणि क्रमांक 7 झिंग्ये रोड, झुक्सी औद्योगिक एकाग्रता क्षेत्र, झौटी टाउन, यिक्सिंग सिटी, जिआंगसू प्रांत, चीन