абстрактный
С целью удовлетворения требований к отводу тепла силовых электронных устройств была тщательно изучена технология теплообмена радиаторов с воздушным охлаждением для их охлаждения.В соответствии с конструктивными характеристиками и техническими требованиями к радиатору воздушного охлаждения для охлаждения силовых устройств проводятся испытания тепловых характеристик радиатора воздушного охлаждения различной конструкции, а для вспомогательной проверки используется программное обеспечение для имитационных расчетов.Наконец, при одинаковых результатах испытаний на повышение температуры сравнивались характеристики радиаторов воздушного охлаждения различной конструкции по потерям давления, тепловыделению на единицу объема и однородности температуры монтажных поверхностей силовых устройств.Результаты исследования служат ориентиром для проектирования аналогичных конструктивных радиаторов воздушного охлаждения.
Ключевые слова:радиатор;воздушное охлаждение;тепловые характеристики;плотность теплового потока
0 Предисловие
С научным развитием науки и техники в области силовой электроники применение силовых устройств силовой электроники становится более обширным.Срок службы и производительность электронных устройств определяют производительность самого устройства и рабочая температура электронного устройства, то есть теплопередающая способность радиатора, используемого для отвода тепла от электронного устройства.В настоящее время в силовой электронной технике с плотностью теплового потока менее 4 Вт/см2 используется большинство систем охлаждения с воздушным охлаждением.радиатор.
Чжан Лянцзюань и др.использовала FloTHERM для проведения теплового моделирования модулей с воздушным охлаждением, а также проверила надежность результатов моделирования с помощью результатов экспериментальных испытаний и одновременно проверила характеристики рассеивания тепла различными холодными пластинами.
Ян Цзиншань выбрал три типичных радиатора с воздушным охлаждением (то есть радиаторы с прямыми ребрами, радиаторы с прямоугольными каналами, заполненными металлической пеной, и радиаторы с радиальными ребрами) в качестве объектов исследования и использовал программное обеспечение CFD для повышения способности радиаторов к теплопередаче.И оптимизируйте комплексную производительность потока и теплопередачи.
Ван Чанчан и другие использовали программное обеспечение для моделирования рассеяния тепла FLoTHERM для моделирования и расчета характеристик рассеивания тепла радиатора с воздушным охлаждением в сочетании с экспериментальными данными для сравнительного анализа и изучали влияние таких параметров, как скорость охлаждающего ветра, плотность зубьев и Высота влияет на эффективность теплоотвода радиатора воздушного охлаждения.
Шао Цян и др.кратко проанализирован эталонный объем воздуха, необходимый для принудительного воздушного охлаждения, на примере прямоугольного ребристого радиатора;на основе конструктивной формы радиатора и принципов гидромеханики получена формула оценки ветроустойчивости охлаждающего воздуховода;В сочетании с кратким анализом характеристики PQ вентилятора можно быстро получить фактическую рабочую точку и объем вентиляционного воздуха вентилятора.
Пань Шуцзе выбрал для исследования радиатор с воздушным охлаждением и кратко объяснил этапы расчета рассеивания тепла, выбора радиатора, расчета рассеяния тепла с воздушным охлаждением и выбора вентилятора в конструкции рассеивания тепла, а также завершил простую конструкцию радиатора с воздушным охлаждением.Используя программное обеспечение для теплового моделирования ICEPAK, Лю Вэй и др.провели сравнительный анализ двух методов проектирования радиаторов по снижению веса (увеличение расстояния между ребрами и уменьшение высоты ребер).В этой статье представлены конструкция и характеристики рассеивания тепла профильных, лопастно-зубчатых и пластинчато-ребристых радиаторов воздушного охлаждения соответственно.
1 Конструкция радиатора воздушного охлаждения
1.1 Часто используемые радиаторы воздушного охлаждения
Общий радиатор с воздушным охлаждением образован путем обработки металла, и охлаждающий воздух проходит через радиатор, рассеивая тепло электронного устройства в атмосферную среду.Среди распространенных металлических материалов серебро имеет самую высокую теплопроводность — 420 Вт/м*К, но оно дорогое;
Теплопроводность меди составляет 383 Вт/м·К, что относительно близко к уровню серебра, но технология обработки сложна, стоимость высока и вес относительно велик;
Теплопроводность алюминиевого сплава 6063 составляет 201 Вт/м·К. Он дешев, имеет хорошие технологические характеристики, легкую обработку поверхности и высокую себестоимость.
Поэтому в качестве материала современных радиаторов с воздушным охлаждением обычно используется этот алюминиевый сплав.На рисунке 1 показаны два распространенных радиатора с воздушным охлаждением.Обычно используемые методы обработки радиаторов воздушного охлаждения в основном включают следующее:
(1) Чертеж и формовка алюминиевого сплава, площадь теплопередачи на единицу объема может достигать около 300 м.2/m3и методы охлаждения: естественное охлаждение и принудительное вентиляционное охлаждение;
(2) Радиатор и подложка соединены вместе, а радиатор и подложка могут быть соединены с помощью клепки, склеивания эпоксидной смолы, пайки, сварки, пайки и других процессов.Кроме того, материалом подложки также может быть медный сплав.Площадь теплопередачи на единицу объема может достигать около 500 м2/м3, а методы охлаждения — естественное охлаждение и принудительное вентиляционное охлаждение;
(3) Формирование лопаточных зубьев, этот тип радиатора может устранить тепловое сопротивление между радиатором и подложкой, расстояние между радиатором может быть менее 1,0 мм, а площадь теплопередачи на единицу объема может достигать около 2500 м2/m3.Метод обработки показан на рисунке 2, а метод охлаждения — принудительное воздушное охлаждение.
Рис. 1. Обычно используемый радиатор с воздушным охлаждением
Рис. 2. Способ обработки лопаточно-зубчатого радиатора воздушного охлаждения
1.2 Пластинчато-ребристый радиатор воздушного охлаждения
Пластинчато-ребристый радиатор воздушного охлаждения представляет собой разновидность радиатора воздушного охлаждения, изготовленного путем пайки нескольких частей.Он в основном состоит из трех частей, таких как радиатор, ребристая пластина и опорная пластина.Его структура показана на рисунке 3. Охлаждающие ребра могут иметь плоские, гофрированные, шахматные ребра и другие конструкции.Учитывая процесс сварки ребер, для ребер, радиаторов и оснований выбраны алюминиевые материалы 3-й серии, чтобы обеспечить свариваемость пластинчато-ребристого радиатора воздушного охлаждения.Площадь теплопередачи на единицу объема пластинчато-ребристого радиатора с воздушным охлаждением может достигать около 650 м2/м3, а методами охлаждения являются естественное охлаждение и охлаждение с принудительной вентиляцией.
Рис. 3. Пластинчато-ребристый радиатор воздушного охлаждения
2 Тепловые характеристики различных радиаторов воздушного охлажденияv
2.1Обычно б/у профильные радиаторы воздушного охлаждения
2.1.1 Естественное рассеивание тепла
Обычно используемые радиаторы с воздушным охлаждением в основном охлаждают электронные устройства за счет естественного охлаждения, а их эффективность рассеивания тепла в основном зависит от толщины ребер теплоотвода, шага ребер, высоты ребер и длины ребер теплоотвода. по направлению потока охлаждающего воздуха.Для естественного рассеивания тепла, чем больше эффективная площадь рассеивания тепла, тем лучше.Самый прямой путь — уменьшить расстояние между ребрами и увеличить количество ребер, но зазор между ребрами достаточно мал, чтобы повлиять на пограничный слой естественной конвекции.Как только пограничные слои соседних ребер сойдутся, скорость воздуха между ребрами резко упадет, и эффект рассеивания тепла также резко упадет.Путем моделирования и тестового определения тепловых характеристик радиатора воздушного охлаждения при длине ребра теплоотвода 100 мм и плотности теплового потока 0,1 Вт/см.2Эффект рассеивания тепла при разном расстоянии между ребрами показан на рисунке 4. Наилучшее расстояние между пленками составляет около 8,0 мм.Если длина охлаждающих ребер увеличивается, оптимальное расстояние между ребрами станет больше.
Рис.4.Взаимосвязь между температурой подложки и расстоянием между ребрами
2.1.2 Принудительное конвекционное охлаждение
Конструктивные параметры гофрированного радиатора воздушного охлаждения: высота ребер 98 мм, длина ребер 400 мм, толщина ребер 4 мм, расстояние между ребрами 4 мм, скорость встречного потока охлаждающего воздуха 8 м/с.Гофрированный радиатор воздушного охлаждения с плотностью теплового потока 2,38 Вт/см.2был подвергнут испытанию на повышение температуры.Результаты испытаний показывают, что повышение температуры радиатора составляет 45 К, потери давления охлаждающего воздуха - 110 Па, тепловыделение на единицу объема - 245 кВт/м.3.Кроме того, однородность поверхности крепления силового компонента плохая, а разница ее температур достигает около 10 °С.В настоящее время для решения этой проблемы медные тепловые трубки обычно закапываются в установочную поверхность радиатора с воздушным охлаждением, так что однородность температуры поверхности установки силового компонента может быть значительно улучшена в направлении укладки тепловой трубки, и эффект не очевиден в вертикальном направлении.Если в подложке используется технология паровой камеры, общую однородность температуры монтажной поверхности силового компонента можно контролировать в пределах 3 °C, а повышение температуры радиатора также можно в определенной степени снизить.Температура этого испытательного образца может быть уменьшена примерно на 3 °C.
С помощью программного обеспечения для расчета теплового моделирования при тех же внешних условиях выполняется расчет моделирования охлаждающих ребер с прямыми зубьями и гофрированными, результаты показаны на рисунке 5. Температура монтажной поверхности силового устройства с охлаждением с прямыми зубьями ребер составляет 153,5 °C, а гофрированных ребер охлаждения — 133,5 °C.Таким образом, охлаждающая способность гофрированного радиатора с воздушным охлаждением лучше, чем у радиатора с воздушным охлаждением с прямыми зубьями, но однородность температуры ребер обоих относительно плохая, что оказывает большее влияние на эффективность охлаждения. радиатора.
Рис.5.Температурное поле прямых и гофрированных ребер
2.2 Пластинчато-ребристый радиатор воздушного охлаждения
Конструктивные параметры пластинчато-ребристого радиатора воздушного охлаждения следующие: высота вентиляционной части - 100 мм, длина ребер - 240 мм, расстояние между ребрами - 4 мм, скорость встречного потока. охлаждающего воздуха составляет 8 м/с, а плотность теплового потока — 4,81 Вт/см.2.Повышение температуры составляет 45°C, потеря давления охлаждающего воздуха - 460 Па, тепловыделение на единицу объема - 374 кВт/м.3.По сравнению с гофрированным радиатором воздушного охлаждения мощность рассеивания тепла на единицу объема увеличивается на 52,7%, но потери давления воздуха также больше.
2.3 Радиатор воздушного охлаждения с лопастными зубьями
Чтобы понять тепловые характеристики алюминиевого радиатора с лопатообразными зубьями, высота ребра составляет 15 мм, длина ребра - 150 мм, толщина ребра - 1 мм, расстояние между ребрами - 1 мм, а охлаждающий воздух - в лоб. скорость 5,4 м/с.Радиатор воздушного охлаждения лопатообразной формы с плотностью теплового потока 2,7 Вт/см.2был подвергнут испытанию на повышение температуры.Результаты испытаний показывают, что температура поверхности крепления силового элемента радиатора составляет 74,2°С, превышение температуры радиатора - 44,8К, потери давления охлаждающего воздуха - 460 Па, а тепловыделение на единицу объема достигает 4570 кВт/м.3.
3 Заключение
По результатам вышеуказанных испытаний можно сделать следующие выводы.
(1) Охлаждающая способность радиатора с воздушным охлаждением подразделяется на высокую и низкую: радиатор с лопастными зубьями, радиатор с пластинчатыми ребрами, гофрированный радиатор с воздушным охлаждением и радиатор с прямыми зубьями.
(2) Разница температур между ребрами гофрированного радиатора воздушного охлаждения и радиатора воздушного охлаждения с прямыми зубьями относительно велика, что оказывает большое влияние на охлаждающую способность радиатора.
(3) Радиатор с естественным воздушным охлаждением имеет наилучшее расстояние между ребрами, которое можно получить экспериментальным или теоретическим расчетом.
(4) Благодаря высокой охлаждающей способности лопаточно-зубчатого радиатора с воздушным охлаждением его можно использовать в электронном оборудовании с высокой локальной плотностью теплового потока.
Источник: Технологии машиностроения и электротехники, том 50, выпуск 06.
Авторы: Сунь Юаньбан, Ли Фэн, Вэй Чжию, Конг Лицзюнь, Ван Бо, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
отказ от ответственности
Вышеуказанный контент взят из общедоступной информации в Интернете и используется только для общения и обучения в отрасли.Статья является независимым мнением автора и не отражает позицию компании DONGXU HYDRAULICS.Если возникнут проблемы с содержанием произведения, авторскими правами и т. д., свяжитесь с нами в течение 30 дней с момента публикации этой статьи, и мы немедленно удалим соответствующий контент.
Фошань Наньхай Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.имеет три дочерних предприятия:Цзянсу Helike Fluid Technology Co., Ltd., Компания Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., иКомпания Guangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Холдинговая компанияФошань Наньхай Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Завод гидравлических деталей № 3 в Нинбо Фэнхуа, и т. д.
Фошань Наньхай Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Цзянсу Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
ВЕБ-сайт: www.dxHydrauliculics.com.
WHATSAPP/SKYPE/ТЕЛ/WECHAT: +86 139-2992-3909
ДОБАВИТЬ: Заводское здание 5, зона C3, промышленная база Сингуангюань, южная дорога Яньцзян, улица Луокунь, район Наньхай, город Фошань, провинция Гуандун, Китай 528226
& № 7 Xingye Road, промышленная зона концентрации Чжуси, город Чжути, город Исин, провинция Цзянсу, Китай
Время публикации: 27 марта 2023 г.