abstrakt
Med sikte på varmespredningskravene til kraftelektroniske kraftenheter, har varmevekslingsteknologien til luftkjølte radiatorer for å kjøle dem blitt studert i dybden.I henhold til de strukturelle egenskapene og de tekniske kravene til den luftkjølte radiatoren for kraftenhetskjøling, utføres de termiske ytelsestestene til den luftkjølte radiatoren med forskjellige strukturer, og simuleringsberegningsprogramvaren brukes til hjelpeverifisering.Til slutt, under de samme temperaturøkningstestresultatene, ble egenskapene til luftkjølte radiatorer med forskjellige strukturer i form av trykktap, varmespredning per volumenhet og temperaturensartethet til monteringsoverflatene for kraftenheten sammenlignet.Forskningsresultatene gir en referanse for design av lignende strukturelle luftkjølte radiatorer.
Nøkkelord:radiator;luftkjøling;termisk ytelse;varmeflukstetthet
0 Forord
Med den vitenskapelige utviklingen av kraftelektronikkvitenskap og teknologi, er bruken av kraftelektronikkkraftenheter mer omfattende.Det som bestemmer levetiden og ytelsen til elektroniske enheter er ytelsen til selve enheten, og driftstemperaturen til den elektroniske enheten, det vil si varmeoverføringskapasiteten til radiatoren som brukes til å spre varme fra den elektroniske enheten.For tiden, i kraftelektronisk utstyr med en varmeflukstetthet mindre enn 4 W/cm2, brukes de fleste luftkjølte kjølesystemene.kjøleribbe.
Zhang Liangjuan et al.brukte FloTHERM til å utføre termisk simulering av luftkjølte moduler, og verifiserte påliteligheten til simuleringsresultatene med eksperimentelle testresultater, og testet varmeavledningsytelsen til ulike kalde plater samtidig.
Yang Jingshan valgte tre typiske luftkjølte radiatorer (det vil si radiatorer med rette finne, rektangulære kanalradiatorer fylt med metallskum og radiatorer med radiatorer) som forskningsobjekter, og brukte CFD-programvare for å forbedre varmeoverføringskapasiteten til radiatorene.Og optimer den omfattende ytelsen til strømning og varmeoverføring.
Wang Changchang og andre brukte simuleringsprogramvaren for varmespredning FLoTHERM for å simulere og beregne varmespredningsytelsen til den luftkjølte radiatoren, kombinert med eksperimentelle data for sammenlignende analyse, og studerte påvirkningen av parametere som avkjølende vindhastighet, tanntetthet og høyde på varmeavledningsytelsen til den luftkjølte radiatoren.
Shao Qiang et al.analyserte kort referanseluftvolumet som kreves for tvungen luftkjøling ved å ta en rektangulær ribberadiator som eksempel;basert på den strukturelle formen til radiatoren og prinsippene for fluidmekanikk, ble vindmotstandsberegningsformelen til kjøleluftkanalen utledet;kombinert med en kort analyse av PQ-karakteristikkkurven til viften, kan viftens faktiske arbeidspunkt og ventilasjonsluftmengde raskt oppnås.
Pan Shujie valgte den luftkjølte radiatoren for forskning, og forklarte kort trinnene for varmespredningsberegning, radiatorvalg, luftkjølt varmespredningsberegning og viftevalg i varmespredningsdesign, og fullførte den enkle luftkjølte radiatordesignen.Ved å bruke ICEPAK termisk simuleringsprogramvare, Liu Wei et al.gjennomført en komparativ analyse av to vektreduksjonsdesignmetoder for radiatorer (øke finneavstand og redusere finnehøyde).Denne artikkelen introduserer strukturen og varmeavledningsytelsen til henholdsvis profil-, spadetann- og platefinneluftkjølte radiatorer.
1 Luftkjølt radiatorstruktur
1.1 Vanlig brukte luftkjølte radiatorer
Den vanlige luftkjølte radiatoren er dannet ved metallbehandling, og kjøleluften strømmer gjennom radiatoren for å spre varmen fra den elektroniske enheten til det atmosfæriske miljøet.Blant vanlige metallmaterialer har sølv den høyeste varmeledningsevnen på 420 W/m*K, men det er dyrt;
Den termiske ledningsevnen til kobber er 383 W/m· K, som er relativt nær nivået av sølv, men prosesseringsteknologien er komplisert, kostnadene er høye og vekten er relativt tung;
Den termiske ledningsevnen til 6063 aluminiumslegering er 201 W/m· K. Den er billig, har gode prosessegenskaper, enkel overflatebehandling og høy kostnadsytelse.
Derfor bruker materialet til dagens mainstream luftkjølte radiatorer generelt denne aluminiumslegeringen.Figur 1 viser to vanlige luftkjølte kjøleribber.Vanlig brukte luftkjølte radiatorbehandlingsmetoder inkluderer hovedsakelig følgende:
(1) Trekning og forming av aluminiumslegering, varmeoverføringsarealet per volumenhet kan nå omtrent 300 m2/m3, og kjølemetodene er naturlig kjøling og tvungen ventilasjonskjøling;
(2) Kjøleribben og substratet er lagt sammen, og kjøleribben og substratet kan kobles sammen med klinking, epoksyharpiksbinding, loddesveising, lodding og andre prosesser.I tillegg kan materialet til substratet også være kobberlegering.Varmeoverføringsarealet per volumenhet kan nå ca 500 m2/m3, og kjølemetodene er naturlig kjøling og tvungen ventilasjonskjøling;
(3) Spadetanndannelse, denne typen radiatorer kan eliminere den termiske motstanden mellom kjøleribben og underlaget, avstanden mellom kjøleribben kan være mindre enn 1,0 mm, og varmeoverføringsarealet per volumenhet kan nå omtrent 2 500 m2/m3.Behandlingsmetoden er vist i figur 2, og kjølemetoden er tvungen luftkjøling.
Fig. 1. Vanlig brukt luftkjølt kjøleribbe
Fig. 2. Behandlingsmetode for spadetann luftkjølt radiator
1.2 Platefinne luftkjølt radiator
Den plate-fin luftkjølte radiatoren er en slags luftkjølt radiator behandlet ved lodding av flere deler.Den er hovedsakelig sammensatt av tre deler som kjøleribbe, ribbeplate og bunnplate.Strukturen er vist i figur 3. Kjølefinnene kan bruke flate finner, korrugerte finner, forskjøvede finner og andre strukturer.Med tanke på sveiseprosessen til ribbene, velges 3-serier aluminiumsmaterialer for ribbene, kjøleribbene og basene for å sikre sveisbarheten til den plate-finne luftkjølte radiatoren.Varmeoverføringsarealet per volumenhet til den plate-finne luftkjølte radiatoren kan nå ca. 650 m2/m3, og kjølemetodene er naturlig kjøling og tvungen ventilasjonskjøling.
Fig. 3. Platefinne luftkjølt radiator
2 Termisk ytelse av ulike luftkjølte radiatorerv
2.1Vanligvis brukte profil luftkjølte radiatorer
2.1.1 Naturlig varmespredning
Vanlige luftkjølte radiatorer avkjøler hovedsakelig elektroniske enheter ved naturlig kjøling, og deres varmeavledningsytelse avhenger hovedsakelig av tykkelsen på varmeavledningsfinnene, stigningen til finnene, høyden på finnene og lengden på varmeavledningsfinnene. langs kjøleluftstrømmens retning.For naturlig varmespredning, jo større effektivt varmespredningsområde, jo bedre.Den mest direkte måten er å redusere finneavstanden og øke antall finner, men gapet mellom finnene er lite nok til å påvirke grenselaget til naturlig konveksjon.Når grenselagene til de tilstøtende finneveggene konvergerer, vil lufthastigheten mellom finnene synke kraftig, og varmespredningseffekten vil også synke kraftig.Gjennom simuleringsberegning og testdeteksjon av den termiske ytelsen til den luftkjølte radiatoren, når varmeavledningsfinnelengden er 100 mm og varmefluksdensiteten er 0,1 W/cm2, er varmespredningseffekten av forskjellig finneavstand vist i figur 4. Den beste filmavstanden er ca. 8,0 mm.Hvis lengden på kjøleribbene øker, vil den optimale finneavstanden bli større.
Fig.4.Sammenheng mellom substrattemperatur og finneavstand
2.1.2 Forsert konveksjonskjøling
De strukturelle parametrene til den korrugerte luftkjølte radiatoren er finnehøyde 98 mm, finnelengde 400 mm, finnetykkelse 4 mm, finneavstand 4 mm og kjøleluft front-mot-hastighet 8 m/s.En korrugert luftkjølt radiator med en varmeflukstetthet på 2,38 W/cm2ble utsatt for en temperaturøkningstest.Testresultatene viser at temperaturstigningen til radiatoren er 45 K, trykktapet i kjøleluften er 110 Pa, og varmeavgivelsen per volumenhet er 245 kW/m.3.I tillegg er jevnheten til strømkomponentens monteringsoverflate dårlig, og temperaturforskjellen når omtrent 10 °C.For å løse dette problemet er kobbervarmerør vanligvis begravd på installasjonsoverflaten til den luftkjølte radiatoren, slik at temperaturensartetheten til kraftkomponentens installasjonsoverflate kan forbedres betydelig i retning av varmerørleggingen, og effekten er ikke tydelig i vertikal retning.Hvis dampkammerteknologi brukes i underlaget, kan den totale temperaturensartetheten til kraftkomponentens monteringsoverflate kontrolleres innenfor 3 °C, og temperaturstigningen til kjøleribben kan også reduseres til en viss grad.Denne prøvebiten kan reduseres med ca. 3 °C.
Ved å bruke programvare for beregning av termisk simulering, under de samme ytre forholdene, utføres simuleringsberegningen av rette tann og korrugerte kjøleribber, og resultatene er vist i figur 5. Temperaturen på monteringsoverflaten til kraftenheten med rett tannkjøling finnene er 153,5 °C, og den for korrugerte kjøleribber er 133,5 °C.Derfor er kjølekapasiteten til den korrugerte luftkjølte radiatoren bedre enn den til den retttannet luftkjølte radiatoren, men temperaturensartetheten til finnelegemene til de to er relativt dårlig, noe som har større innvirkning på kjøleytelsen. av radiatoren.
Fig.5.Temperaturfelt av rette og korrugerte finner
2.2 Platefinne luftkjølt radiator
De strukturelle parametrene til den plate-finne luftkjølte radiatoren er som følger: høyden på ventilasjonsdelen er 100 mm, lengden på finnene er 240 mm, avstanden mellom finnene er 4 mm, front-mot-strømningshastigheten av kjøleluften er 8 m/s, og varmefluksdensiteten er 4,81 W/cm2.Temperaturøkningen er 45°C, kjølelufttrykktapet er 460 Pa, og varmeavgivelsen per volumenhet er 374 kW/m3.Sammenlignet med den korrugerte luftkjølte radiatoren økes varmeavledningskapasiteten per volumenhet med 52,7 %, men lufttrykktapet er også større.
2.3 Skuffetann luftkjølt radiator
For å forstå den termiske ytelsen til spadetannradiatoren i aluminium, er finnehøyden 15 mm, finnelengden er 150 mm, finnetykkelsen er 1 mm, finneavstanden er 1 mm og kjøleluften front mot front. hastigheten er 5,4 m/s.En luftkjølt radiator med spadetann med en varmeflukstetthet på 2,7 W/cm2ble utsatt for en temperaturøkningstest.Testresultatene viser at temperaturen på radiatorkraftelementets monteringsoverflate er 74,2°C, temperaturstigningen til radiatoren er 44,8K, kjølelufttrykktapet er 460 Pa, og varmeavgivelsen per volumenhet når 4570 kW/m3.
3 Konklusjon
Gjennom testresultatene ovenfor kan følgende konklusjoner trekkes.
(1) Kjølekapasiteten til den luftkjølte radiatoren er sortert etter høy og lav: spade-tann luftkjølt radiator, plate-fin luftkjølt radiator, korrugert luftkjølt radiator og retttannet luftkjølt radiator.
(2) Temperaturforskjellen mellom finnene i den korrugerte luftkjølte radiatoren og den retttannet luftkjølte radiatoren er relativt stor, noe som har stor innvirkning på radiatorens kjølekapasitet.
(3) Den naturlige luftkjølte radiatoren har den beste finneavstanden, som kan oppnås ved eksperiment eller teoretisk beregning.
(4) På grunn av den sterke kjølekapasiteten til den luftkjølte radiatoren med spadetann, kan den brukes i elektronisk utstyr med høy lokal varmeflukstetthet.
Kilde: Mechanical and Electrical Engineering Technology Volume 50 Issue 06
Forfattere: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
ansvarsfraskrivelse
Innholdet ovenfor kommer fra offentlig informasjon på Internett og brukes kun til kommunikasjon og læring i bransjen.Artikkelen er forfatterens uavhengige mening og representerer ikke DONGXU HYDRAULICS posisjon.Hvis det er problemer med innholdet i verket, opphavsrett osv., vennligst kontakt oss innen 30 dager etter publisering av denne artikkelen, så sletter vi det relevante innholdet umiddelbart.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.har tre datterselskaper:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., ogGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holdingselskapet tilFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Part Factory, etc.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
NETT: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
LEGG TIL: Fabrikkbygning 5, område C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai-distriktet, Foshan City, Guangdong-provinsen, Kina 528226
& nr. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu-provinsen, Kina
Innleggstid: 27. mars 2023