abstrakcyjny
Mając na celu spełnienie wymagań dotyczących rozpraszania ciepła przez energoelektroniczne urządzenia zasilające, dogłębnie zbadano technologię wymiany ciepła w grzejnikach chłodzonych powietrzem w celu ich chłodzenia.Zgodnie z charakterystyką konstrukcyjną i wymaganiami technicznymi grzejnika chłodzonego powietrzem do chłodzenia urządzeń energetycznych, przeprowadza się badania wydajności cieplnej grzejnika chłodzonego powietrzem o różnej konstrukcji, a do weryfikacji pomocniczej wykorzystuje się program obliczeniowy symulacyjny.Na koniec, w ramach tych samych wyników badań wzrostu temperatury, porównano charakterystykę grzejników chłodzonych powietrzem o różnej konstrukcji pod względem strat ciśnienia, rozpraszania ciepła na jednostkę objętości oraz równomierności temperatury powierzchni montażowych urządzeń zasilających.Wyniki badań stanowią punkt odniesienia dla projektowania podobnych konstrukcyjnych grzejników chłodzonych powietrzem.
Słowa kluczowe:kaloryfer;chłodzenie powietrzem;wydajność cieplna;gęstość strumienia ciepła
0 Przedmowa
Wraz z naukowym rozwojem nauki i technologii energoelektroniki, zastosowanie urządzeń zasilających energoelektroniki jest coraz szersze.O żywotności i wydajności urządzeń elektronicznych decyduje wydajność samego urządzenia oraz temperatura pracy urządzenia elektronicznego, czyli zdolność przenoszenia ciepła przez grzejnik służący do odprowadzania ciepła z urządzenia elektronicznego.Obecnie w sprzęcie energoelektronicznym o gęstości strumienia ciepła mniejszej niż 4 W/cm2 stosuje się większość układów chłodzenia chłodzonych powietrzem.radiator.
Zhang Liangjuan i in.wykorzystał FloTHERM do przeprowadzenia symulacji termicznej modułów chłodzonych powietrzem i zweryfikował wiarygodność wyników symulacji z wynikami testów eksperymentalnych, a także przetestował wydajność rozpraszania ciepła przez różne zimne płyty w tym samym czasie.
Yang Jingshan wybrał trzy typowe grzejniki chłodzone powietrzem (tj. grzejniki z prostymi lamelami, grzejniki z prostokątnymi kanałami wypełnionymi pianką metalową i grzejniki z promieniowymi lamelami) jako obiekty badawcze i wykorzystał oprogramowanie CFD do zwiększenia wydajności grzejników w zakresie wymiany ciepła.I zoptymalizuj kompleksową wydajność przepływu i wymiany ciepła.
Wang Changchang i inni wykorzystali oprogramowanie do symulacji rozpraszania ciepła FLoTHERM do symulacji i obliczenia wydajności rozpraszania ciepła przez chłodnicę chłodzoną powietrzem, w połączeniu z danymi eksperymentalnymi do analizy porównawczej i zbadali wpływ parametrów, takich jak prędkość wiatru chłodzącego, gęstość zębów i wysokość na wydajność odprowadzania ciepła przez chłodnicę chłodzoną powietrzem.
Shao Qiang i in.krótko przeanalizował referencyjną objętość powietrza wymaganą do wymuszonego chłodzenia powietrzem, biorąc za przykład prostokątny grzejnik żebrowany;w oparciu o formę konstrukcyjną grzejnika oraz zasady mechaniki płynów wyprowadzono wzór do oszacowania oporu powietrza kanału powietrza chłodzącego;w połączeniu z krótką analizą charakterystyki PQ wentylatora, można szybko uzyskać rzeczywisty punkt pracy i ilość powietrza wentylacyjnego wentylatora.
Pan Shujie wybrał do badań grzejnik chłodzony powietrzem i pokrótce wyjaśnił etapy obliczania rozpraszania ciepła, wybór grzejnika, obliczanie rozpraszania ciepła chłodzonego powietrzem i dobór wentylatora w projekcie rozpraszania ciepła, a także ukończył prosty projekt grzejnika chłodzonego powietrzem.Korzystając z oprogramowania do symulacji termicznej ICEPAK, Liu Wei i in.przeprowadził analizę porównawczą dwóch metod projektowania redukcji masy grzejników (zwiększenie rozstawu żeberek i zmniejszenie wysokości żeber).W artykule przedstawiono budowę i wydajność rozpraszania ciepła odpowiednio grzejników profilowych, łopatkowych i płytowo-żebrowych chłodzonych powietrzem.
1 Konstrukcja chłodnicy chłodzonej powietrzem
1.1 Powszechnie stosowane grzejniki chłodzone powietrzem
Zwykły grzejnik chłodzony powietrzem powstaje w wyniku obróbki metalu, a powietrze chłodzące przepływa przez grzejnik, aby rozproszyć ciepło urządzenia elektronicznego do środowiska atmosferycznego.Spośród powszechnych materiałów metalowych srebro ma najwyższą przewodność cieplną wynoszącą 420 W/m*K, ale jest drogie;
Przewodność cieplna miedzi wynosi 383 W/m·K i jest stosunkowo zbliżona do poziomu srebra, ale technologia przetwarzania jest skomplikowana, koszt wysoki, a waga stosunkowo duża;
Przewodność cieplna stopu aluminium 6063 wynosi 201 W/m·K. Jest tani, ma dobre właściwości przetwórcze, łatwą obróbkę powierzchni i wysoką wydajność kosztową.
Dlatego w materiale obecnych głównych grzejników chłodzonych powietrzem zazwyczaj wykorzystuje się ten stop aluminium.Rysunek 1 przedstawia dwa popularne radiatory chłodzone powietrzem.Powszechnie stosowane metody obróbki chłodnic chłodzonych powietrzem obejmują głównie:
(1) Ciągnienie i formowanie stopu aluminium, powierzchnia wymiany ciepła na jednostkę objętości może osiągnąć około 300 m2/m3, a metody chłodzenia to chłodzenie naturalne i chłodzenie z wymuszoną wentylacją;
(2) Radiator i podłoże są ze sobą połączone, a radiator i podłoże można połączyć poprzez nitowanie, łączenie żywicą epoksydową, lutowanie twarde, lutowanie i inne procesy.Ponadto materiałem podłoża może być również stop miedzi.Powierzchnia wymiany ciepła na jednostkę objętości może osiągnąć około 500 m2/m3, a metodami chłodzenia są chłodzenie naturalne i chłodzenie z wymuszoną wentylacją;
(3) Formowanie zęba łopatkowego. Ten rodzaj grzejnika może wyeliminować opór cieplny pomiędzy radiatorem a podłożem, odległość między radiatorem może być mniejsza niż 1,0 mm, a powierzchnia wymiany ciepła na jednostkę objętości może osiągnąć około 2500 M2/m3.Metodę przetwarzania pokazano na rysunku 2, a metodą chłodzenia jest wymuszone chłodzenie powietrzem.
Rys. 1. Powszechnie stosowany radiator chłodzony powietrzem
Rys. 2. Sposób obróbki chłodnicy chłodzonej powietrzem z zębami łopatkowymi
1.2 Chłodnica płytowo-żebrowa chłodzona powietrzem
Chłodnica płytowa chłodzona powietrzem jest rodzajem chłodnicy chłodzonej powietrzem przetwarzanej przez lutowanie wielu części.Składa się głównie z trzech części, takich jak radiator, płyta żebrowa i płyta podstawowa.Jego strukturę pokazano na rysunku 3. Żebra chłodzące mogą przyjmować żebra płaskie, żebra faliste, żebra schodkowe i inne konstrukcje.Biorąc pod uwagę proces spawania żeber, wybrano 3 materiały aluminiowe serii 3 na żebra, radiatory i podstawy, aby zapewnić spawalność chłodnicy płytowo-żebrowej chłodzonej powietrzem.Powierzchnia wymiany ciepła na jednostkę objętości chłodzonego powietrzem grzejnika płytowo-żebrowego może osiągnąć około 650 m2/m3, a metodami chłodzenia są chłodzenie naturalne i chłodzenie z wymuszoną wentylacją.
Rys. 3. Chłodnica płytowo-żebrowa chłodzona powietrzem
2 Wydajność cieplna różnych grzejników chłodzonych powietrzemv
2.1Powszechnie używane profilowe grzejniki chłodzone powietrzem
2.1.1 Naturalne odprowadzanie ciepła
Powszechnie stosowane grzejniki chłodzone powietrzem chłodzą głównie urządzenia elektroniczne poprzez chłodzenie naturalne, a ich wydajność rozpraszania ciepła zależy głównie od grubości żeber rozpraszających ciepło, skoku żeberek, wysokości żeberek i długości żeberek rozpraszających ciepło wzdłuż kierunku przepływu powietrza chłodzącego.W przypadku naturalnego odprowadzania ciepła im większy efektywny obszar odprowadzania ciepła, tym lepiej.Najbardziej bezpośrednim sposobem jest zmniejszenie odstępu między żebrami i zwiększenie ich liczby, ale odstęp między żebrami jest na tyle mały, że wpływa na warstwę graniczną konwekcji naturalnej.Gdy warstwy graniczne sąsiednich ścian żeberek zbiegną się, prędkość powietrza między żebrami gwałtownie spadnie, a efekt rozpraszania ciepła również gwałtownie spadnie.Poprzez obliczenia symulacyjne i wykrywanie testowe wydajności cieplnej chłodnicy chłodzonej powietrzem, gdy długość żeber rozpraszających ciepło wynosi 100 mm, a gęstość strumienia ciepła wynosi 0,1 W/cm2, efekt rozpraszania ciepła przy różnym rozstawie żeberek pokazano na rysunku 4. Najlepsza odległość folii wynosi około 8,0 mm.Jeśli długość żeberek chłodzących wzrośnie, optymalny odstęp między żebrami będzie większy.
Ryc.4.Zależność temperatury podłoża od rozstawu żeberek
2.1.2 Wymuszone chłodzenie konwekcyjne
Parametry konstrukcyjne karbowanego grzejnika chłodzonego powietrzem to wysokość żeberek 98 mm, długość żeberek 400 mm, grubość żeberek 4 mm, rozstaw żeberek 4 mm i czołowa prędkość powietrza chłodzącego 8 m/s.Grzejnik falisty chłodzony powietrzem o gęstości strumienia ciepła 2,38 W/cm2został poddany testowi wzrostu temperatury.Wyniki badań wykazały, że wzrost temperatury grzejnika wynosi 45 K, strata ciśnienia powietrza chłodzącego wynosi 110 Pa, a straty ciepła na jednostkę objętości wynoszą 245 kW/m3.Ponadto równomierność powierzchni montażowej elementu mocy jest słaba, a różnica temperatur sięga około 10°C.Obecnie, aby rozwiązać ten problem, miedziane rurki cieplne są zwykle zakopywane na powierzchni montażowej chłodnicy chłodzonej powietrzem, dzięki czemu można znacznie poprawić równomierność temperatury powierzchni instalacji elementu mocy w kierunku ułożenia rurki cieplnej, oraz efekt nie jest oczywisty w kierunku pionowym.Jeżeli w podłożu zastosowano technologię komory parowej, można kontrolować ogólną równomierność temperatury powierzchni montażowej elementu mocy w zakresie 3°C, a także w pewnym stopniu można ograniczyć wzrost temperatury radiatora.Próbkę tę można obniżyć o około 3°C.
Za pomocą oprogramowania obliczeniowego do symulacji termicznej, w tych samych warunkach zewnętrznych, przeprowadza się obliczenia symulacyjne zębów prostych i falistych żeberek chłodzących, a wyniki przedstawiono na rysunku 5. Temperatura powierzchni montażowej urządzenia napędowego z chłodzeniem zębów prostych temperatura żeberek wynosi 153,5°C, a żeberek chłodzących z tektury falistej – 133,5°C.Dlatego wydajność chłodzenia karbowanego grzejnika chłodzonego powietrzem jest lepsza niż chłodnicy chłodzonej powietrzem z prostymi zębami, ale równomierność temperatury korpusów żeberek obu jest stosunkowo słaba, co ma większy wpływ na wydajność chłodzenia grzejnika.
Ryc.5.Pole temperatur żeberek prostych i falistych
2.2 Chłodnica płytowo-żebrowa chłodzona powietrzem
Parametry konstrukcyjne grzejnika płytowo-lamelowego chłodzonego powietrzem są następujące: wysokość części wentylacyjnej 100 mm, długość żeberek 240 mm, rozstaw żeberek 4 mm, prędkość przepływu czołowego powietrza chłodzącego wynosi 8 m/s, a gęstość strumienia ciepła 4,81 W/cm2.Wzrost temperatury wynosi 45°C, strata ciśnienia powietrza chłodzącego wynosi 460 Pa, a rozpraszanie ciepła na jednostkę objętości wynosi 374 kW/m3.W porównaniu z grzejnikiem falistym chłodzonym powietrzem, zdolność odprowadzania ciepła na jednostkę objętości jest zwiększona o 52,7%, ale strata ciśnienia powietrza jest również większa.
2.3 Chłodnica chłodzona powietrzem z zębami łopatkowymi
Aby zrozumieć wydajność cieplną aluminiowego grzejnika z zębami łopatkowymi, wysokość żebra wynosi 15 mm, długość żebra wynosi 150 mm, grubość żebra wynosi 1 mm, odstęp żeber wynosi 1 mm, a powietrze chłodzące skierowane jest czołowo prędkość wynosi 5,4 m/s.Chłodzony powietrzem grzejnik łopatkowy o gęstości strumienia ciepła 2,7 W/cm2został poddany testowi wzrostu temperatury.Wyniki badań wykazały, że temperatura powierzchni montażowej elementu mocy chłodnicy wynosi 74,2°C, wzrost temperatury chłodnicy wynosi 44,8 K, strata ciśnienia powietrza chłodzącego wynosi 460 Pa, a straty ciepła na jednostkę objętości osiągają 4570 kW/m3.
3 Wniosek
Na podstawie powyższych wyników testów można wyciągnąć następujące wnioski.
(1) Wydajność chłodniczą chłodnicy chłodzonej powietrzem jest posortowana według wysokiej i niskiej: chłodnica chłodzona powietrzem z zębami łopatkowymi, chłodnica chłodzona powietrzem z żebrami płytowymi, chłodnica chłodzona powietrzem z tektury falistej i chłodnica chłodzona powietrzem z prostymi zębami.
(2) Różnica temperatur pomiędzy żebrami falistej chłodnicy chłodzonej powietrzem i chłodnicy chłodzonej powietrzem z prostymi zębami jest stosunkowo duża, co ma duży wpływ na wydajność chłodniczą chłodnicy.
(3) Grzejnik chłodzony powietrzem naturalnym ma najlepszy rozstaw żeberek, który można uzyskać na drodze eksperymentu lub obliczeń teoretycznych.
(4) Ze względu na dużą wydajność chłodzenia chłodzonego powietrzem grzejnika z zębami łopatkowymi, może on być stosowany w sprzęcie elektronicznym o dużej lokalnej gęstości strumienia ciepła.
Źródło: Technologia inżynierii mechanicznej i elektrycznej, tom 50, wydanie 06
Autorzy: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
zastrzeżenie
Powyższa treść pochodzi z informacji publicznej znajdującej się w Internecie i jest wykorzystywana wyłącznie w celach komunikacji i nauki w branży.Artykuł jest niezależną opinią autora i nie reprezentuje stanowiska firmy DONGXU HYDRAULICS.Jeśli pojawią się problemy z treścią dzieła, prawami autorskimi itp., skontaktuj się z nami w ciągu 30 dni od opublikowania tego artykułu, a natychmiast usuniemy odpowiednią treść.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.posiada trzy spółki zależne:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., IGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Spółka holdingowa zFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua nr 3 Fabryka części hydraulicznychitp.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WWW: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
DODAJ: Budynek fabryczny 5, obszar C3, baza przemysłowa Xingguangyuan, Yanjiang South Road, Luocun Street, dystrykt Nanhai, miasto Foshan, prowincja Guangdong, Chiny 528226
& nr 7 Xingye Road, strefa koncentracji przemysłowej Zhuxi, miasto Zhoutie, miasto Yixing, prowincja Jiangsu, Chiny
Czas publikacji: 27 marca 2023 r