abstract
Vizând cerințele de disipare a căldurii ale dispozitivelor electronice de putere, tehnologia de schimb de căldură a radiatoarelor răcite cu aer pentru răcirea acestora a fost studiată în profunzime.În conformitate cu caracteristicile structurale și cerințele tehnice ale radiatorului răcit cu aer pentru răcirea dispozitivului de putere, se efectuează testele de performanță termică ale radiatorului răcit cu aer cu diferite structuri, iar software-ul de calcul de simulare este utilizat pentru verificarea auxiliară.În cele din urmă, în baza acelorași rezultate ale testului de creștere a temperaturii, au fost comparate caracteristicile radiatoarelor răcite cu aer cu structuri diferite în ceea ce privește pierderea de presiune, disiparea căldurii pe unitatea de volum și uniformitatea temperaturii suprafețelor de montare a dispozitivelor de putere.Rezultatele cercetării oferă o referință pentru proiectarea radiatoarelor structurale similare răcite cu aer.
Cuvinte cheie:radiator;racire cu aer;performanta termica;densitatea fluxului termic
0 Prefaţă
Odată cu dezvoltarea științifică a științei și tehnologiei electronice de putere, aplicarea dispozitivelor de putere a electronicii de putere este mai extinsă.Ceea ce determină durata de viață și performanța dispozitivelor electronice este performanța dispozitivului în sine și temperatura de funcționare a dispozitivului electronic, adică capacitatea de transfer de căldură a radiatorului folosit pentru a disipa căldura din dispozitivul electronic.În prezent, în echipamentele electronice de putere cu o densitate a fluxului de căldură mai mică de 4 W/cm2, se folosesc majoritatea sistemelor de răcire răcite cu aer.radiator.
Zhang Liangjuan și colab.a folosit FloTHERM pentru a efectua simularea termică a modulelor răcite cu aer și a verificat fiabilitatea rezultatelor simulării cu rezultatele testelor experimentale și a testat performanța de disipare a căldurii a diferitelor plăci reci în același timp.
Yang Jingshan a selectat trei radiatoare tipice răcite cu aer (adică radiatoare cu aripioare drepte, radiatoare cu canale dreptunghiulare umplute cu spumă metalică și radiatoare cu aripioare radiale) drept obiecte de cercetare și a folosit software CFD pentru a îmbunătăți capacitatea de transfer de căldură a radiatoarelor.Și optimizați performanța completă a fluxului și a transferului de căldură.
Wang Changchang și alții au folosit software-ul de simulare a disipării căldurii FLoTHERM pentru a simula și calcula performanța de disipare a căldurii a radiatorului răcit cu aer, combinat cu datele experimentale pentru analiză comparativă și au studiat influența unor parametri precum viteza vântului de răcire, densitatea dinților și înălțimea asupra performanței de disipare a căldurii a radiatorului răcit cu aer.
Shao Qiang și colab.a analizat pe scurt volumul de aer de referință necesar pentru răcirea forțată cu aer, luând ca exemplu un radiator cu aripioare dreptunghiulare;pe baza formei structurale a radiatorului și a principiilor mecanicii fluidelor, a fost derivată formula de estimare a rezistenței la vânt a conductei de aer de răcire;combinat cu o scurtă analiză a curbei caracteristice PQ a ventilatorului, punctul real de lucru și volumul de aer de ventilație al ventilatorului pot fi obținute rapid.
Pan Shujie a ales radiatorul răcit cu aer pentru cercetare și a explicat pe scurt pașii de calcul al disipării căldurii, selectarea radiatorului, calculul disipării căldurii răcite cu aer și selectarea ventilatorului în proiectarea disipării căldurii și a finalizat designul simplu al radiatorului răcit cu aer.Folosind software-ul de simulare termică ICEPAK, Liu Wei et al.a efectuat o analiză comparativă a două metode de proiectare de reducere a greutății pentru radiatoare (creșterea distanței dintre aripioare și reducerea înălțimii aripioarelor).Această lucrare prezintă structura și performanța de disipare a căldurii a radiatoarelor răcite cu aer cu profil, cu dinte de lapă și, respectiv.
1 Structură radiator răcit cu aer
1.1 Radiatoare răcite cu aer utilizate în mod obișnuit
Radiatorul comun răcit cu aer este format prin prelucrarea metalului, iar aerul de răcire curge prin radiator pentru a disipa căldura dispozitivului electronic în mediul atmosferic.Dintre materialele metalice comune, argintul are cea mai mare conductivitate termică de 420 W/m*K, dar este scump;
Conductivitatea termică a cuprului este de 383 W/m· K, care este relativ apropiată de nivelul argintului, dar tehnologia de procesare este complicată, costul este ridicat și greutatea relativ grea;
Conductivitatea termică a aliajului de aluminiu 6063 este de 201 W/m·K. Este ieftin, are caracteristici bune de procesare, tratament ușor de suprafață și performanță la costuri ridicate.
Prin urmare, materialul actualelor radiatoare răcite cu aer de curent utilizează în general acest aliaj de aluminiu.Figura 1 prezintă două radiatoare obișnuite răcite cu aer.Metodele de procesare a radiatoarelor răcite cu aer utilizate în mod obișnuit includ în principal următoarele:
(1) Desenarea și formarea aliajului de aluminiu, zona de transfer de căldură pe unitate de volum poate ajunge la aproximativ 300 m2/m3, iar metodele de răcire sunt răcirea naturală și răcirea cu ventilație forțată;
(2) Radiatorul de căldură și substratul sunt încrustate împreună, iar radiatorul și substratul pot fi conectate prin nituire, lipire cu rășini epoxidice, sudare prin lipire, lipire și alte procese.În plus, materialul substratului poate fi și aliaj de cupru.Suprafața de transfer de căldură pe unitatea de volum poate ajunge la aproximativ 500 m2/m3, iar metodele de răcire sunt răcirea naturală și răcirea cu ventilație forțată;
(3) Formarea dinților de lopată, acest tip de radiator poate elimina rezistența termică dintre radiatorul și substrat, distanța dintre radiatorul poate fi mai mică de 1,0 mm, iar zona de transfer de căldură pe unitate de volum poate ajunge la aproximativ 2 500 m2/m3.Metoda de procesare este prezentată în Figura 2, iar metoda de răcire este răcirea forțată cu aer.
Fig. 1. Radiator de căldură răcit cu aer utilizat în mod obișnuit
Fig. 2. Metoda de prelucrare a radiatorului răcit cu aer din dinte de lopată
1.2 Radiator răcit cu aer cu placă-fin
Radiatorul răcit cu aer cu plăci este un fel de radiator răcit cu aer procesat prin lipirea mai multor părți.Este compus în principal din trei părți, cum ar fi radiatorul, placa nervură și placa de bază.Structura sa este prezentată în Figura 3. Aripioarele de răcire pot adopta aripioare plate, aripioare ondulate, aripioare eșalonate și alte structuri.Având în vedere procesul de sudare a nervurilor, pentru nervuri, radiatoare și baze sunt selectate materiale din aluminiu din seria 3 pentru a asigura sudabilitatea radiatorului răcit cu aer.Suprafața de transfer de căldură pe unitatea de volum a radiatorului răcit cu aer cu plăci cu aripioare poate ajunge la aproximativ 650 m2/m3, iar metodele de răcire sunt răcirea naturală și răcirea cu ventilație forțată.
Fig. 3. Radiator răcit cu aer placă-fin
2 Performanța termică a diferitelor radiatoare răcite cu aerv
2.1În mod obișnuit radiatoare racite cu aer profil folosite
2.1.1 Disiparea naturală a căldurii
Radiatoarele răcite cu aer utilizate în mod obișnuit răcesc în principal dispozitivele electronice prin răcire naturală, iar performanța lor de disipare a căldurii depinde în principal de grosimea aripioarelor de disipare a căldurii, pasul aripioarelor, înălțimea aripioarelor și lungimea aripioarelor de disipare a căldurii pe direcția fluxului de aer de răcire.Pentru disiparea naturală a căldurii, cu cât aria eficientă de disipare a căldurii este mai mare, cu atât mai bine.Cea mai directă modalitate este de a reduce distanța dintre aripioare și de a crește numărul de aripioare, dar spațiul dintre aripioare este suficient de mic pentru a afecta stratul limită al convecției naturale.Odată ce straturile limită ale pereților aripioarelor adiacenți converg, viteza aerului dintre aripioare va scădea brusc, iar efectul de disipare a căldurii va scădea, de asemenea, brusc.Prin calculul de simulare și detecția testului a performanței termice a radiatorului răcit cu aer, atunci când lungimea aripioarelor de disipare a căldurii este de 100 mm și densitatea fluxului de căldură este de 0,1 W/cm2, efectul de disipare a căldurii al diferitelor distanțe ale aripioarelor este prezentat în Figura 4. Cea mai bună distanță de film este de aproximativ 8,0 mm.Dacă lungimea aripioarelor de răcire crește, distanța optimă a aripioarelor va deveni mai mare.
Fig.4.Relația dintre temperatura substratului și distanța dintre aripioare
2.1.2 Răcire forțată prin convecție
Parametrii structurali ai radiatorului ondulat răcit cu aer sunt înălțimea aripioarelor 98 mm, lungimea aripioarelor 400 mm, grosimea aripioarelor 4 mm, distanța aripioarelor 4 mm și viteza aerului de răcire direct 8 m/s.Un radiator ondulat răcit cu aer, cu o densitate a fluxului de căldură de 2,38 W/cm2a fost supus unui test de creștere a temperaturii.Rezultatele testului arată că creșterea temperaturii radiatorului este de 45 K, pierderea de presiune a aerului de răcire este de 110 Pa, iar disiparea căldurii pe unitate de volum este de 245 kW/m3.În plus, uniformitatea suprafeței de montare a componentelor de putere este slabă, iar diferența sa de temperatură ajunge la aproximativ 10 °C.În prezent, pentru a rezolva această problemă, conductele de căldură din cupru sunt de obicei îngropate pe suprafața de instalare a radiatorului răcit cu aer, astfel încât uniformitatea temperaturii suprafeței de instalare a componentelor de putere poate fi îmbunătățită semnificativ în direcția așezării conductei de căldură și efectul nu este evident în direcția verticală.Dacă tehnologia camerei de vapori este utilizată în substrat, uniformitatea generală a temperaturii suprafeței de montare a componentelor de putere poate fi controlată în termen de 3 °C, iar creșterea temperaturii radiatorului poate fi, de asemenea, redusă într-o anumită măsură.Această piesă de testare poate fi redusă cu aproximativ 3 °C.
Folosind software-ul de calcul de simulare termică, în aceleași condiții externe, se efectuează calculul de simulare al aripioarelor de răcire cu dinte drept și ondulat, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 5. Temperatura suprafeței de montare a dispozitivului de putere cu răcire cu dinte drept. aripioarele este de 153,5 °C, iar cea a aripioarelor de răcire ondulate este de 133,5 °C.Prin urmare, capacitatea de răcire a radiatorului ondulat răcit cu aer este mai bună decât cea a radiatorului răcit cu aer cu dinți drepti, dar uniformitatea temperaturii corpurilor de aripioare ale celor două este relativ slabă, ceea ce are un impact mai mare asupra performanței de răcire. a radiatorului.
Fig.5.Câmp de temperatură al aripioarelor drepte și ondulate
2.2 Radiator răcit cu aer placă-fin
Parametrii structurali ai radiatorului răcit cu aer cu plăci sunt următorii: înălțimea părții de ventilație este de 100 mm, lungimea aripioarelor este de 240 mm, distanța dintre aripioare este de 4 mm, viteza curgerii frontale. a aerului de răcire este de 8 m/s, iar densitatea fluxului de căldură este de 4,81 W/cm2.Creșterea temperaturii este de 45°C, pierderea de presiune a aerului de răcire este de 460 Pa, iar disiparea căldurii pe unitate de volum este de 374 kW/m3.În comparație cu radiatorul ondulat răcit cu aer, capacitatea de disipare a căldurii pe unitate de volum este crescută cu 52,7%, dar pierderea de presiune a aerului este, de asemenea, mai mare.
2.3 Radiator răcit cu aer din lopată
Pentru a înțelege performanța termică a radiatorului din aluminiu cu lopată, înălțimea aripioarelor este de 15 mm, lungimea aripioarelor este de 150 mm, grosimea aripioarelor este de 1 mm, distanța aripioarelor este de 1 mm și aerul de răcire frontal. viteza este de 5,4 m/s.Un radiator răcit cu aer cu dinți de lopată, cu o densitate a fluxului de căldură de 2,7 W/cm2a fost supus unui test de creștere a temperaturii.Rezultatele testului arată că temperatura suprafeței de montare a elementului de putere al radiatorului este de 74,2°C, creșterea temperaturii radiatorului este de 44,8K, pierderea de presiune a aerului de răcire este de 460 Pa și disiparea căldurii pe unitate de volum ajunge la 4570 kW/m3.
3 Concluzie
Din rezultatele testelor de mai sus se pot trage următoarele concluzii.
(1) Capacitatea de răcire a radiatorului răcit cu aer este sortată după mare și scăzută: radiator răcit cu aer cu dinți de lopată, radiator răcit cu aer cu plăci, radiator ondulat răcit cu aer și radiator cu dinți drepti răcit cu aer.
(2) Diferența de temperatură dintre aripioarele radiatorului ondulat răcit cu aer și radiatorul răcit cu aer cu dinți drepti este relativ mare, ceea ce are un impact mare asupra capacității de răcire a radiatorului.
(3) Radiatorul natural răcit cu aer are cea mai bună distanță între aripioare, care poate fi obținută prin experiment sau calcul teoretic.
(4) Datorită capacității puternice de răcire a radiatorului răcit cu aer cu dinți de lopată, acesta poate fi utilizat în echipamente electronice cu densitate mare a fluxului de căldură local.
Sursa: Tehnologia Ingineriei Mecanice și Electrice Volumul 50 Numărul 06
Autori: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
declinare a răspunderii
Conținutul de mai sus provine din informații publice de pe Internet și este folosit doar pentru comunicare și învățare în industrie.Articolul este opinia independentă a autorului și nu reprezintă poziția DONGXU HYDRAULICS.Dacă există probleme cu conținutul lucrării, drepturile de autor etc., vă rugăm să ne contactați în termen de 30 de zile de la publicarea acestui articol și vom șterge imediat conținutul relevant.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.are trei filiale:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., șiGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Compania holding aFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Fabrica de piese hidraulice nr. 3 Ningbo Fenghua, etc.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
ADAUGĂ: Clădirea fabricii 5, zona C3, baza industrială Xingguangyuan, Yanjiang South Road, strada Luocun, districtul Nanhai, orașul Foshan, provincia Guangdong, China 528226
& nr. 7 Xingye Road, zona de concentrare industrială Zhuxi, orașul Zhoutie, orașul Yixing, provincia Jiangsu, China
Ora postării: 27-mar-2023