abstraktné
Zameraním sa na požiadavky na rozptyl tepla výkonových elektronických výkonových zariadení bola do hĺbky študovaná technológia výmeny tepla vzduchom chladených radiátorov na ich chladenie.Podľa konštrukčných charakteristík a technických požiadaviek vzduchom chladeného radiátora na chladenie výkonového zariadenia sa vykonávajú tepelné výkonové skúšky vzduchom chladeného radiátora s rôznymi štruktúrami a na pomocné overenie sa používa simulačný výpočtový softvér.Nakoniec sa pri rovnakých výsledkoch testu nárastu teploty porovnávali charakteristiky vzduchom chladených radiátorov s rôznymi štruktúrami z hľadiska tlakovej straty, rozptylu tepla na jednotku objemu a rovnomernosti teploty montážnych povrchov výkonových zariadení.Výsledky výskumu poskytujú referenciu pre návrh podobných konštrukčných vzduchom chladených radiátorov.
Kľúčové slová:radiátor;chladenie vzduchom;tepelný výkon;hustota tepelného toku
0 Predslov
S vedeckým rozvojom vedy a techniky výkonovej elektroniky je aplikácia výkonových elektronických zariadení rozsiahlejšia.To, čo určuje životnosť a výkon elektronických zariadení, je výkon samotného zariadenia a prevádzková teplota elektronického zariadenia, teda kapacita prenosu tepla žiariča používaného na odvádzanie tepla z elektronického zariadenia.V súčasnosti sa vo výkonových elektronických zariadeniach s hustotou tepelného toku menšou ako 4 W/cm2 používa väčšina vzduchom chladených chladiacich systémov.chladič.
Zhang Liangjuan a kol.použil FloTHERM na vykonanie tepelnej simulácie vzduchom chladených modulov a overil spoľahlivosť výsledkov simulácie s výsledkami experimentálnych testov a súčasne testoval výkon rozptylu tepla rôznych studených platní.
Yang Jingshan vybral tri typické vzduchom chladené radiátory (to znamená radiátory s priamymi lamelami, radiátory s obdĺžnikovými kanálmi vyplnené kovovou penou a radiátory s radiálnymi lamelami) ako výskumné objekty a na zvýšenie kapacity prenosu tepla radiátorov použil CFD softvér.A optimalizovať komplexný výkon prúdenia a prenosu tepla.
Wang Changchang a ďalší použili softvér na simuláciu rozptylu tepla FLoTHERM na simuláciu a výpočet výkonu rozptylu tepla vzduchom chladeného radiátora v kombinácii s experimentálnymi údajmi na porovnávaciu analýzu a študovali vplyv parametrov, ako je rýchlosť chladiaceho vetra, hustota zubov a výška na výkone odvádzania tepla vzduchom chladeného radiátora.
Shao Qiang a kol.stručne analyzoval referenčný objem vzduchu potrebný na nútené chladenie vzduchom pomocou obdĺžnikového rebrového radiátora ako príkladu;na základe konštrukčného tvaru chladiča a princípov mechaniky tekutín bol odvodený vzorec na odhad odporu vetracieho potrubia chladiaceho vzduchu;v kombinácii s krátkou analýzou charakteristickej krivky PQ ventilátora je možné rýchlo získať skutočný pracovný bod a objem vetraného vzduchu ventilátora.
Pan Shujie si na výskum vybral vzduchom chladený radiátor a stručne vysvetlil kroky výpočtu odvodu tepla, výberu radiátora, výpočtu odvodu tepla chladeného vzduchom a výberu ventilátora v dizajne odvodu tepla a dokončil jednoduchý návrh vzduchom chladeného radiátora.Pomocou softvéru na tepelnú simuláciu ICEPAK Liu Wei a kol.vykonala porovnávaciu analýzu dvoch metód návrhu na zníženie hmotnosti radiátorov (zväčšenie rozstupu rebier a zníženie výšky rebier).Tento dokument predstavuje štruktúru a výkon odvádzania tepla profilových, lopatkových a vzduchom chladených radiátorov.
1 Vzduchom chladená konštrukcia chladiča
1.1 Bežne používané vzduchom chladené radiátory
Bežný vzduchom chladený radiátor je vytvorený kovovým spracovaním a chladiaci vzduch prúdi cez radiátor, aby odvádzal teplo elektronického zariadenia do atmosférického prostredia.Spomedzi bežných kovových materiálov má striebro najvyššiu tepelnú vodivosť 420 W/m*K, je však drahé;
Tepelná vodivosť medi je 383 W/m· K, čo je relatívne blízko k úrovni striebra, ale technológia spracovania je komplikovaná, náklady sú vysoké a hmotnosť je pomerne vysoká;
Tepelná vodivosť hliníkovej zliatiny 6063 je 201 W/m·K. Je lacná, má dobré spracovateľské vlastnosti, jednoduchú povrchovú úpravu a vysokú cenu.
Preto materiál súčasných mainstreamových vzduchom chladených radiátorov vo všeobecnosti používa túto hliníkovú zliatinu.Obrázok 1 zobrazuje dva bežné vzduchom chladené chladiče.Bežne používané metódy spracovania vzduchom chladených radiátorov zahŕňajú najmä:
(1) Ťahanie a tvarovanie z hliníkovej zliatiny, plocha prenosu tepla na jednotku objemu môže dosiahnuť asi 300 m2/m3a chladiacimi metódami sú prirodzené chladenie a chladenie núteným vetraním;
(2) Chladič a substrát sú spolu vykladané a chladič a substrát je možné spojiť nitovaním, lepením epoxidovou živicou, spájkovaním, spájkovaním a inými procesmi.Okrem toho môže byť materiálom substrátu aj zliatina medi.Plocha prenosu tepla na jednotku objemu môže dosiahnuť približne 500 m2/m3 a chladiacimi metódami sú prirodzené chladenie a chladenie núteným vetraním;
(3) Tvarovanie zubov lopaty, tento druh radiátora môže eliminovať tepelný odpor medzi chladičom a substrátom, vzdialenosť medzi chladičom môže byť menšia ako 1,0 mm a plocha prenosu tepla na jednotku objemu môže dosiahnuť približne 2 500 m2/m3.Spôsob spracovania je znázornený na obrázku 2 a spôsob chladenia je chladenie núteným vzduchom.
Obr. 1. Bežne používaný vzduchom chladený chladič
Obr. 2. Spôsob spracovania zuba lopatky vzduchom chladeného radiátora
1.2 Doskový vzduchom chladený radiátor
Doskový vzduchom chladený chladič je druh vzduchom chladeného chladiča spracovaný spájkovaním viacerých častí.Skladá sa hlavne z troch častí, ako je chladič, rebrová doska a základná doska.Jeho štruktúra je znázornená na obrázku 3. Chladiace rebrá môžu mať ploché rebrá, vlnité rebrá, striedavé rebrá a iné štruktúry.Vzhľadom na proces zvárania rebier sú pre rebrá, chladiče a základne zvolené 3 série hliníkových materiálov, aby sa zabezpečila zvárateľnosť doskového vzduchom chladeného radiátora.Plocha prenosu tepla na jednotku objemu doskového vzduchom chladeného radiátora môže dosiahnuť cca 650 m2/m3 a chladiacimi metódami sú prirodzené chladenie a chladenie núteným vetraním.
Obr. 3. Doskový vzduchom chladený radiátor
2 Tepelný výkon rôznych vzduchom chladených radiátorovv
2.1Bežne použité profilové vzduchom chladené radiátory
2.1.1 Prirodzený odvod tepla
Bežne používané vzduchom chladené radiátory chladia hlavne elektronické zariadenia prirodzeným chladením a ich výkon pri odvode tepla závisí hlavne od hrúbky rebier na odvádzanie tepla, rozstupu rebier, výšky rebier a dĺžky rebier na odvádzanie tepla. v smere prúdenia chladiaceho vzduchu.Pre prirodzený odvod tepla platí, že čím väčšia je efektívna plocha pre odvod tepla, tým lepšie.Najpriamejším spôsobom je zmenšiť rozstup plutiev a zvýšiť počet plutiev, ale medzera medzi plutvami je dostatočne malá na to, aby ovplyvnila hraničnú vrstvu prirodzenej konvekcie.Keď sa hraničné vrstvy priľahlých stien plutiev zblížia, rýchlosť vzduchu medzi plutvami prudko klesne a tiež prudko klesne efekt rozptylu tepla.Prostredníctvom simulačného výpočtu a testovacej detekcie tepelného výkonu vzduchom chladeného radiátora, keď je dĺžka rebra rozptylu tepla 100 mm a hustota tepelného toku je 0,1 W/cm24. Najlepšia vzdialenosť filmu je asi 8,0 mm.Ak sa dĺžka chladiacich rebier zväčší, zväčší sa optimálny rozstup rebier.
Obr.4.Vzťah medzi teplotou substrátu a rozstupom rebier
2.1.2 Chladenie s núteným prúdením
Konštrukčné parametre vlnitého vzduchom chladeného radiátora sú výška rebra 98 mm, dĺžka rebra 400 mm, hrúbka rebra 4 mm, rozteč rebier 4 mm a čelná rýchlosť chladiaceho vzduchu 8 m/s.Vlnitý vzduchom chladený radiátor s hustotou tepelného toku 2,38 W/cm2bol podrobený testu nárastu teploty.Výsledky testu ukazujú, že nárast teploty chladiča je 45 K, tlaková strata chladiaceho vzduchu je 110 Pa a rozptyl tepla na jednotku objemu je 245 kW/m3.Okrem toho je rovnomernosť montážneho povrchu výkonového komponentu zlá a jeho teplotný rozdiel dosahuje približne 10 °C.Na vyriešenie tohto problému sa v súčasnosti na vyriešenie tohto problému zvyčajne ukladajú medené tepelné trubice na inštalačnú plochu vzduchom chladeného radiátora, takže rovnomernosť teplôt inštalačnej plochy výkonových komponentov sa môže výrazne zlepšiť v smere kladenia tepelnej trubice, a účinok nie je zrejmý vo vertikálnom smere.Ak sa v substráte použije technológia parnej komory, celková rovnomernosť teploty montážneho povrchu výkonového komponentu môže byť kontrolovaná v rozmedzí 3 °C a do určitej miery sa môže znížiť aj nárast teploty chladiča.Tento skúšobný kus sa môže znížiť o približne 3 °C.
Pomocou softvéru na výpočet tepelnej simulácie sa za rovnakých vonkajších podmienok vykoná simulačný výpočet priamych zubov a zvlnených chladiacich rebier a výsledky sú znázornené na obrázku 5. Teplota montážnej plochy výkonového zariadenia s chladením s rovnými zubami rebrá je 153,5 °C a vlnitých chladiacich rebier je 133,5 °C.Preto je chladiaca kapacita vlnitého vzduchom chladeného radiátora lepšia ako chladiaceho výkonu vzduchom chladeného radiátora s priamymi zubami, ale teplotná rovnomernosť rebrových telies oboch je relatívne nízka, čo má väčší vplyv na chladiaci výkon. radiátora.
Obr.5.Teplotné pole rovných a vlnitých plutiev
2.2 Doskový vzduchom chladený radiátor
Konštrukčné parametre doskového vzduchom chladeného radiátora sú nasledovné: výška ventilačnej časti 100 mm, dĺžka rebier 240 mm, rozstup rebier 4 mm, čelná rýchlosť prúdenia chladiaceho vzduchu je 8 m/s a hustota tepelného toku je 4,81 W/cm2.Nárast teploty je 45°C, tlaková strata chladiaceho vzduchu je 460 Pa a odvod tepla na jednotku objemu je 374 kW/m3.V porovnaní s vlnitým vzduchom chladeným radiátorom je kapacita odvodu tepla na jednotku objemu zvýšená o 52,7%, ale aj strata tlaku vzduchu je väčšia.
2.3 Zub lopatky vzduchom chladený radiátor
Aby sme pochopili tepelný výkon hliníkového radiátora s lopatkami, výška rebra je 15 mm, dĺžka rebra je 150 mm, hrúbka rebra je 1 mm, rozstup rebier je 1 mm a chladiaci vzduch je čelný. rýchlosť je 5,4 m/s.Lopatkový vzduchom chladený radiátor s hustotou tepelného toku 2,7 W/cm2bol podrobený testu nárastu teploty.Výsledky testu ukazujú, že teplota montážnej plochy výkonového prvku chladiča je 74,2 °C, nárast teploty chladiča je 44,8 K, tlaková strata chladiaceho vzduchu je 460 Pa a rozptyl tepla na jednotku objemu dosahuje 4570 kW/m3.
3 Záver
Na základe vyššie uvedených výsledkov testov možno vyvodiť nasledujúce závery.
(1) Chladiaci výkon vzduchom chladeného radiátora je zoradený podľa vysokej a nízkej: vzduchom chladený radiátor s lopatkovými zubami, doskový vzduchom chladený radiátor, vlnitý vzduchom chladený radiátor a vzduchom chladený radiátor s rovnými zubami.
(2) Teplotný rozdiel medzi lamelami vlnitého vzduchom chladeného radiátora a vzduchom chladeného radiátora s rovnými zubami je pomerne veľký, čo má veľký vplyv na chladiaci výkon radiátora.
(3) Prirodzený vzduchom chladený radiátor má najlepší rozstup rebier, ktorý možno získať experimentom alebo teoretickým výpočtom.
(4) Vzhľadom na silnú chladiacu kapacitu vzduchom chladeného radiátora s lopatkovým zubom je možné ho použiť v elektronických zariadeniach s vysokou hustotou lokálneho tepelného toku.
Zdroj: Strojárska a elektrotechnická technológia ročník 50 číslo 06
Autori: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
odmietnutie zodpovednosti
Vyššie uvedený obsah pochádza z verejných informácií na internete a používa sa iba na komunikáciu a vzdelávanie v tomto odvetví.Článok je nezávislým názorom autora a nereprezentuje stanovisko DONGXU HYDRAULICS.Ak sa vyskytnú problémy s obsahom diela, autorskými právami a pod., kontaktujte nás do 30 dní od uverejnenia tohto článku a príslušný obsah okamžite vymažeme.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.má tri dcérske spoločnosti:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., aGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holdingová spoločnosťFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua č. 3 továreň na hydraulické diely, atď.
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
PRIDAŤ: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& č. 7 Xingye Road, priemyselná koncentračná zóna Zhuxi, mesto Zhoutie, mesto Yixing, provincia Jiangsu, Čína
Čas odoslania: 27. marca 2023