abstract
Met het oog op de warmteafvoervereisten van vermogenselektronische vermogensapparaten is de warmtewisselingstechnologie van luchtgekoelde radiatoren voor het koelen ervan diepgaand bestudeerd.Volgens de structurele kenmerken en technische vereisten van de luchtgekoelde radiator voor het koelen van elektrische apparaten, worden de thermische prestatietests van de luchtgekoelde radiator met verschillende structuren uitgevoerd en wordt de simulatieberekeningssoftware gebruikt voor aanvullende verificatie.Ten slotte werden onder dezelfde temperatuurstijgingstestresultaten de kenmerken van luchtgekoelde radiatoren met verschillende structuren in termen van drukverlies, warmtedissipatie per volume-eenheid en temperatuuruniformiteit van de montageoppervlakken van elektrische apparaten vergeleken.De onderzoeksresultaten bieden een referentie voor het ontwerp van soortgelijke structurele luchtgekoelde radiatoren.
Trefwoorden:radiator;luchtafkoeling;Thermische prestatie;dichtheid van de warmteflux
0 Voorwoord
Met de wetenschappelijke ontwikkeling van de wetenschap en technologie op het gebied van vermogenselektronica is de toepassing van vermogenselektronica-apparaten uitgebreider.Wat de levensduur en prestaties van elektronische apparaten bepaalt, zijn de prestaties van het apparaat zelf en de bedrijfstemperatuur van het elektronische apparaat, dat wil zeggen het warmteoverdrachtsvermogen van de radiator die wordt gebruikt om de warmte van het elektronische apparaat af te voeren.Momenteel worden in vermogenselektronische apparatuur met een warmtefluxdichtheid van minder dan 4 W/cm2 de meeste luchtgekoelde koelsystemen gebruikt.koellichaam.
Zhang Liangjuan et al.gebruikte FloTHERM om thermische simulatie van luchtgekoelde modules uit te voeren, en verifieerde de betrouwbaarheid van de simulatieresultaten met experimentele testresultaten, en testte tegelijkertijd de warmteafvoerprestaties van verschillende koude platen.
Yang Jingshan selecteerde drie typische luchtgekoelde radiatoren (dat wil zeggen radiatoren met rechte lamellen, radiatoren met rechthoekige kanalen gevuld met metaalschuim en radiatoren met radiale lamellen) als onderzoeksobjecten, en gebruikte CFD-software om de warmteoverdrachtscapaciteit van de radiatoren te verbeteren.En optimaliseer de uitgebreide prestaties van stroming en warmteoverdracht.
Wang Changchang en anderen gebruikten de warmtedissipatiesimulatiesoftware FLoTHERM om de warmtedissipatieprestaties van de luchtgekoelde radiator te simuleren en te berekenen, gecombineerd met de experimentele gegevens voor vergelijkende analyse, en bestudeerden de invloed van parameters zoals koelwindsnelheid, tanddichtheid en hoogte van de warmteafvoerprestaties van de luchtgekoelde radiator.
Shao Qiang et al.analyseerde kort het referentieluchtvolume dat nodig is voor geforceerde luchtkoeling door een radiator met rechthoekige lamellen als voorbeeld te nemen;op basis van de structurele vorm van de radiator en de principes van de vloeistofmechanica werd de formule voor het schatten van de windweerstand van het koelluchtkanaal afgeleid;gecombineerd met een korte analyse van de PQ-karakteristiek van de ventilator, kan snel het werkelijke werkpunt en ventilatieluchtvolume van de ventilator worden verkregen.
Pan Shujie koos de luchtgekoelde radiator voor onderzoek en legde kort de stappen uit van de berekening van de warmtedissipatie, de selectie van de radiator, de berekening van de luchtgekoelde warmtedissipatie en de selectie van de ventilator bij het ontwerp van de warmtedissipatie, en voltooide het eenvoudige luchtgekoelde radiatorontwerp.Met behulp van ICEPAK thermische simulatiesoftware hebben Liu Wei et al.voerde een vergelijkende analyse uit van twee ontwerpmethoden voor gewichtsreductie voor radiatoren (het vergroten van de lamelafstand en het verkleinen van de lamelhoogte).Dit artikel introduceert de structuur en de warmteafvoerprestaties van respectievelijk profiel-, spadetand- en plaatvin-luchtgekoelde radiatoren.
1 Luchtgekoelde radiatorstructuur
1.1 Veelgebruikte luchtgekoelde radiatoren
De gewone luchtgekoelde radiator wordt gevormd door metaalverwerking en de koellucht stroomt door de radiator om de warmte van het elektronische apparaat af te voeren naar de atmosferische omgeving.Van de gewone metalen materialen heeft zilver de hoogste thermische geleidbaarheid van 420 W/m*K, maar het is duur;
De thermische geleidbaarheid van koper bedraagt 383 W/m·K, wat relatief dicht bij het niveau van zilver ligt, maar de verwerkingstechnologie is ingewikkeld, de kosten zijn hoog en het gewicht is relatief zwaar;
De thermische geleidbaarheid van 6063 aluminiumlegering is 201 W/m · K. Het is goedkoop, heeft goede verwerkingseigenschappen, gemakkelijke oppervlaktebehandeling en hoge kosten.
Daarom wordt in het materiaal van de huidige reguliere luchtgekoelde radiatoren doorgaans deze aluminiumlegering gebruikt.Figuur 1 toont twee gewone luchtgekoelde koellichamen.Veelgebruikte luchtgekoelde radiatorverwerkingsmethoden omvatten voornamelijk het volgende:
(1) Trekken en vormen van aluminiumlegeringen, het warmteoverdrachtsoppervlak per volume-eenheid kan ongeveer 300 m2 bereiken2/m3, en de koelmethoden zijn natuurlijke koeling en geforceerde ventilatie;
(2) Het koellichaam en het substraat zijn in elkaar gelegd en het koellichaam en het substraat kunnen worden verbonden door middel van klinken, epoxyharsbinding, hardsoldeerlassen, solderen en andere processen.Bovendien kan het materiaal van het substraat ook een koperlegering zijn.Het warmteoverdrachtsoppervlak per volume-eenheid kan ongeveer 500 m2/m3 bereiken, en de koelmethoden zijn natuurlijke koeling en geforceerde ventilatie;
(3) Schoptandvorming, dit soort radiator kan de thermische weerstand tussen het koellichaam en het substraat elimineren, de afstand tussen het koellichaam kan minder dan 1,0 mm zijn en het warmteoverdrachtsoppervlak per volume-eenheid kan ongeveer 2.500 bereiken. M2/m3.De verwerkingsmethode wordt getoond in Figuur 2, en de koelmethode is geforceerde luchtkoeling.
Fig. 1. Veelgebruikt luchtgekoeld koellichaam
Fig. 2. Verwerkingsmethode van luchtgekoelde radiator met scheptand
1.2 Luchtgekoelde radiator met plaatvin
De luchtgekoelde radiator met plaatvin is een soort luchtgekoelde radiator die wordt verwerkt door meerdere onderdelen te solderen.Het bestaat hoofdzakelijk uit drie delen, zoals een koellichaam, een ribplaat en een basisplaat.De structuur ervan wordt getoond in figuur 3. De koelvinnen kunnen platte vinnen, gegolfde vinnen, verspringende vinnen en andere structuren aannemen.Rekening houdend met het lasproces van de ribben, zijn er 3 series aluminium materialen geselecteerd voor de ribben, koellichamen en basissen om de lasbaarheid van de luchtgekoelde radiator met plaatlamellen te garanderen.Het warmteoverdrachtsoppervlak per volume-eenheid van de luchtgekoelde radiator met plaatlamellen kan ongeveer 650 m2/m3 bereiken, en de koelmethoden zijn natuurlijke koeling en geforceerde ventilatie.
Afb. 3. Luchtgekoelde radiator met plaatlamellen
2 Thermische prestaties van diverse luchtgekoelde radiatorenv
2.1Algemeen gebruikte profiel luchtgekoelde radiatoren
2.1.1 Natuurlijke warmteafvoer
Veelgebruikte luchtgekoelde radiatoren koelen elektronische apparaten voornamelijk door natuurlijke koeling, en hun warmteafvoerprestaties hangen voornamelijk af van de dikte van de warmteafvoervinnen, de steek van de vinnen, de hoogte van de vinnen en de lengte van de warmteafvoervinnen langs de richting van de koelluchtstroom.Voor natuurlijke warmteafvoer geldt: hoe groter het effectieve warmteafvoeroppervlak, hoe beter.De meest directe manier is om de afstand tussen de vinnen te verkleinen en het aantal vinnen te vergroten, maar de opening tussen de vinnen is klein genoeg om de grenslaag van natuurlijke convectie te beïnvloeden.Zodra de grenslagen van de aangrenzende vinwanden samenkomen, zal de luchtsnelheid tussen de vinnen scherp dalen en zal ook het warmtedissipatie-effect scherp afnemen.Door de simulatieberekening en testdetectie van de thermische prestaties van de luchtgekoelde radiator, wanneer de lamellengte van de warmtedissipatie 100 mm is en de warmtefluxdichtheid 0,1 W/cm is2wordt het warmtedissipatie-effect van verschillende lamelafstanden getoond in figuur 4. De beste filmafstand is ongeveer 8,0 mm.Als de lengte van de koelribben groter wordt, wordt de optimale lamelafstand groter.
Afb.4.Verband tussen substraattemperatuur en lamelafstand
2.1.2 Geforceerde convectiekoeling
De structurele parameters van de gegolfde luchtgekoelde radiator zijn lamelhoogte 98 mm, lamellengte 400 mm, lameldikte 4 mm, lamelafstand 4 mm en koelluchtfrontsnelheid 8 m/s.Een gegolfde luchtgekoelde radiator met een warmtestroomdichtheid van 2,38 W/cm2werd onderworpen aan een temperatuurstijgingstest.Uit de testresultaten blijkt dat de temperatuurstijging van de radiator 45 K bedraagt, het drukverlies van de koellucht 110 Pa en de warmteafvoer per volume-eenheid 245 kW/m bedraagt.3.Bovendien is de uniformiteit van het montageoppervlak van de vermogenscomponent slecht en bereikt het temperatuurverschil ongeveer 10 °C.Om dit probleem op te lossen, worden momenteel meestal koperen warmtepijpen begraven op het installatieoppervlak van de luchtgekoelde radiator, zodat de temperatuuruniformiteit van het installatieoppervlak van de vermogenscomponent aanzienlijk kan worden verbeterd in de richting waarin de warmtepijp wordt gelegd, en het effect is niet duidelijk in verticale richting.Als dampkamertechnologie in het substraat wordt gebruikt, kan de algehele temperatuuruniformiteit van het montageoppervlak van de vermogenscomponent binnen 3 °C worden geregeld, en kan de temperatuurstijging van het koellichaam ook tot op zekere hoogte worden verminderd.Dit proefstukje kan met ongeveer 3 °C worden verkleind.
Met behulp van thermische simulatieberekeningssoftware wordt onder dezelfde externe omstandigheden de simulatieberekening van rechte tand- en gegolfde koelvinnen uitgevoerd, en de resultaten worden getoond in figuur 5. De temperatuur van het montageoppervlak van het aandrijfapparaat met rechte tandkoeling vinnen is 153,5 °C, en die van gegolfde koelvinnen is 133,5 °C.Daarom is het koelvermogen van de gegolfde luchtgekoelde radiator beter dan dat van de luchtgekoelde radiator met rechte tanden, maar de temperatuuruniformiteit van de lamellichamen van de twee is relatief slecht, wat een grotere impact heeft op de koelprestaties van de radiateur.
Afb.5.Temperatuurveld van rechte en gegolfde vinnen
2.2 Luchtgekoelde radiator met plaatvin
De structurele parameters van de luchtgekoelde radiator met plaatvinnen zijn als volgt: de hoogte van het ventilatiegedeelte is 100 mm, de lengte van de vinnen is 240 mm, de afstand tussen de vinnen is 4 mm, de frontale stroomsnelheid van de koellucht is 8 m/s en de warmtefluxdichtheid is 4,81 W/cm2.De temperatuurstijging bedraagt 45°C, het koelluchtdrukverlies bedraagt 460 Pa en de warmtedissipatie per volume-eenheid bedraagt 374 kW/m3.Vergeleken met de gegolfde luchtgekoelde radiator wordt de warmteafvoercapaciteit per volume-eenheid met 52,7% verhoogd, maar is het luchtdrukverlies ook groter.
2.3 Luchtgekoelde radiator met scheptand
Om de thermische prestaties van de aluminium scheptandradiator te begrijpen, is de vinhoogte 15 mm, de vinlengte 150 mm, de vindikte 1 mm, de lamelafstand 1 mm en de koellucht frontaal snelheid bedraagt 5,4 m/s.Een luchtgekoelde radiator met scheptanden en een warmtestroomdichtheid van 2,7 W/cm2werd onderworpen aan een temperatuurstijgingstest.Uit de testresultaten blijkt dat de temperatuur van het montageoppervlak van het vermogenselement van de radiator 74,2 °C bedraagt, de temperatuurstijging van de radiator 44,8 K bedraagt, het koelluchtdrukverlies 460 Pa bedraagt en de warmtedissipatie per volume-eenheid 4570 kW/m bedraagt.3.
3 Conclusie
Op basis van de bovenstaande testresultaten kunnen de volgende conclusies worden getrokken.
(1) Het koelvermogen van de luchtgekoelde radiator wordt gesorteerd op hoog en laag: luchtgekoelde radiator met scheptand, luchtgekoelde radiator met plaatvin, gegolfde luchtgekoelde radiator en luchtgekoelde radiator met rechte tanden.
(2) Het temperatuurverschil tussen de vinnen in de gegolfde luchtgekoelde radiator en de luchtgekoelde radiator met rechte tanden is relatief groot, wat een grote invloed heeft op het koelvermogen van de radiator.
(3) De natuurlijke luchtgekoelde radiator heeft de beste lamelafstand, die kan worden verkregen door experiment of theoretische berekening.
(4) Vanwege het sterke koelvermogen van de luchtgekoelde radiator met scheptand kan deze worden gebruikt in elektronische apparatuur met een hoge lokale warmtefluxdichtheid.
Bron: Mechanical and Electrical Engineering Technology Volume 50, uitgave 06
Auteurs: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
vrijwaring
Bovenstaande inhoud is afkomstig van openbare informatie op internet en wordt alleen gebruikt voor communicatie en leren in de branche.Het artikel is de onafhankelijke mening van de auteur en vertegenwoordigt niet de positie van DONGXU HYDRAULICS.Als er problemen zijn met de inhoud van het werk, auteursrechten etc., neem dan binnen 30 dagen na publicatie van dit artikel contact met ons op, dan zullen wij de relevante inhoud onmiddellijk verwijderen.
Foshan Nanhai Dongxu hydraulische machines Co., Ltd.heeft drie dochterondernemingen:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., EnGuangdong Bokade Radiator Materiaal Co., Ltd.
De houdstermaatschappij vanFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua nr. 3 hydraulische onderdelenfabriek, enz.
Foshan Nanhai Dongxu hydraulische machines Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
TOEVOEGEN: Fabrieksgebouw 5, gebied C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, provincie Guangdong, China 528226
& nr. 7 Xingye Road, industriële concentratiezone Zhuxi, Zhoutie Town, Yixing City, provincie Jiangsu, China
Posttijd: 27 maart 2023