povzetek
Tehnologija izmenjave toplote zračno hlajenih radiatorjev za njihovo hlajenje je bila poglobljeno raziskana zaradi zahtev po odvajanju toplote močnostnih elektronskih napajalnih naprav.V skladu s strukturnimi značilnostmi in tehničnimi zahtevami zračno hlajenega radiatorja za hlajenje močnostnih naprav se izvajajo preskusi toplotne učinkovitosti zračno hlajenega radiatorja z različnimi strukturami, programska oprema za izračun simulacije pa se uporablja za pomožno preverjanje.Končno so bile pod enakimi rezultati preskusa dviga temperature primerjane značilnosti zračno hlajenih radiatorjev z različnimi strukturami v smislu izgube tlaka, odvajanja toplote na enoto prostornine in temperaturne enakomernosti montažnih površin močnostnih naprav.Rezultati raziskave so referenca za načrtovanje podobnih konstrukcijskih zračno hlajenih radiatorjev.
Ključne besede:radiator;zračno hlajenje;toplotna zmogljivost;gostota toplotnega toka
0 Predgovor
Z znanstvenim razvojem znanosti in tehnologije močnostne elektronike je uporaba napajalnih naprav močnostne elektronike obsežnejša.Tisto, kar določa življenjsko dobo in delovanje elektronskih naprav, je zmogljivost same naprave in delovna temperatura elektronske naprave, to je toplotna prevodnost radiatorja, ki odvaja toploto od elektronske naprave.Trenutno se v močnostni elektronski opremi z gostoto toplotnega toka manjšo od 4 W/cm2 uporablja večina zračno hlajenih hladilnih sistemov.toplotno telo.
Zhang Liangjuan et al.uporabil FloTHERM za izvedbo toplotne simulacije zračno hlajenih modulov in preveril zanesljivost rezultatov simulacije z rezultati eksperimentalnih testov ter hkrati preizkusil zmogljivost odvajanja toplote različnih hladnih plošč.
Yang Jingshan je kot raziskovalne objekte izbral tri tipične zračno hlajene radiatorje (to so radiatorji z ravnimi rebri, radiatorji s pravokotnimi kanali, napolnjeni s kovinsko peno, in radiatorji z radialnimi rebri) in uporabil programsko opremo CFD za izboljšanje zmogljivosti prenosa toplote radiatorjev.In optimizirajte celovito delovanje pretoka in prenosa toplote.
Wang Changchang in drugi so uporabili programsko opremo za simulacijo odvajanja toplote FLoTHERM za simulacijo in izračun učinkovitosti odvajanja toplote zračno hlajenega radiatorja v kombinaciji z eksperimentalnimi podatki za primerjalno analizo in proučevali vpliv parametrov, kot so hitrost hladilnega vetra, gostota zob in višine na zmogljivost odvajanja toplote zračno hlajenega radiatorja.
Shao Qiang et al.na kratko analiziral referenčno prostornino zraka, potrebno za prisilno hlajenje zraka, na primeru pravokotnega radiatorja z rebri;na podlagi konstrukcijske oblike radiatorja in principov mehanike tekočin je bila izpeljana formula za oceno vetrnega upora kanala hladilnega zraka;v kombinaciji s kratko analizo karakteristične krivulje PQ ventilatorja je mogoče hitro pridobiti dejansko delovno točko in količino prezračevalnega zraka ventilatorja.
Pan Shujie je za raziskavo izbral zračno hlajen radiator in na kratko razložil korake izračuna odvajanja toplote, izbire radiatorja, izračuna odvajanja toplote pri zračno hlajenem in izbire ventilatorja pri načrtovanju odvajanja toplote ter dokončal preprosto zasnovo zračno hlajenega radiatorja.Z uporabo programske opreme za toplotno simulacijo ICEPAK so Liu Wei et al.opravili primerjalno analizo dveh načinov načrtovanja zmanjšanja teže radiatorjev (povečanje razmika reber in zmanjšanje višine reber).Ta članek predstavlja strukturo in učinkovitost odvajanja toplote zračno hlajenih radiatorjev s profilom, lopatozobnim in ploščatim rebrom.
1 Struktura zračno hlajenega radiatorja
1.1 Pogosto uporabljeni zračno hlajeni radiatorji
Skupni zračno hlajeni radiator je oblikovan z obdelavo kovine, hladilni zrak pa teče skozi radiator, da odvaja toploto elektronske naprave v atmosfersko okolje.Med običajnimi kovinskimi materiali ima srebro najvišjo toplotno prevodnost 420 W/m*K, vendar je drago;
Toplotna prevodnost bakra je 383 W/m · K, kar je razmeroma blizu ravni srebra, vendar je tehnologija obdelave zapletena, stroški visoki in teža razmeroma velika;
Toplotna prevodnost aluminijeve zlitine 6063 je 201 W/m · K. Je poceni, ima dobre lastnosti obdelave, enostavno površinsko obdelavo in visoko stroškovno učinkovitost.
Zato material trenutnih običajnih zračno hlajenih radiatorjev na splošno uporablja to aluminijevo zlitino.Slika 1 prikazuje dva običajna zračno hlajena hladilnika.Običajno uporabljene metode obdelave zračno hlajenih radiatorjev vključujejo predvsem naslednje:
(1) Vlečenje in oblikovanje aluminijeve zlitine, površina prenosa toplote na enoto prostornine lahko doseže približno 300 m2/m3, metode hlajenja pa so naravno hlajenje in hlajenje s prisilnim prezračevanjem;
(2) Hladilnik in podlaga sta vstavljena skupaj, hladilno telo in podlago pa je mogoče povezati s kovičenjem, lepljenjem z epoksi smolo, spajkanjem, spajkanjem in drugimi postopki.Poleg tega je lahko material substrata tudi bakrova zlitina.Površina prenosa toplote na enoto prostornine lahko doseže približno 500 m2/m3, metode hlajenja pa so naravno hlajenje in hlajenje s prisilnim prezračevanjem;
(3) Oblikovanje lopatastega zoba, ta vrsta radiatorja lahko odpravi toplotni upor med hladilnikom in podlago, razdalja med hladilnikom je lahko manjša od 1,0 mm, površina prenosa toplote na enoto prostornine pa lahko doseže približno 2 500 m2/m3.Metoda obdelave je prikazana na sliki 2, metoda hlajenja pa je prisilno zračno hlajenje.
Slika 1. Pogosto uporabljeno zračno hlajeno telo
Sl. 2. Metoda obdelave zračno hlajenega radiatorja z zobato lopato
1.2 Zračno hlajen radiator s ploščastimi rebri
Zračno hlajen radiator s ploščastim rebrom je nekakšen zračno hlajen radiator, obdelan s spajkanjem več delov.V glavnem je sestavljen iz treh delov, kot so hladilno telo, rebrasta plošča in osnovna plošča.Njegova struktura je prikazana na sliki 3. Hladilna rebra so lahko ravna rebra, valovita rebra, zamaknjena rebra in druge strukture.Glede na postopek varjenja reber so za rebra, hladilne odvode in podnožja izbrani aluminijasti materiali serije 3, da se zagotovi varivost zračno hlajenega radiatorja s ploščami.Površina prenosa toplote na enoto prostornine ploščatega zračno hlajenega radiatorja lahko doseže približno 650 m2/m3, metode hlajenja pa so naravno hlajenje in hlajenje s prisilnim prezračevanjem.
Sl. 3. Zračno hlajeni radiator s ploščastim rebrom
2 Toplotna učinkovitost različnih zračno hlajenih radiatorjevv
2.1Običajno rabljeni profilni zračno hlajeni radiatorji
2.1.1 Naravno odvajanje toplote
Običajno uporabljeni zračno hlajeni radiatorji večinoma hladijo elektronske naprave z naravnim hlajenjem, njihova učinkovitost odvajanja toplote pa je v glavnem odvisna od debeline reber za odvajanje toplote, razmika reber, višine reber in dolžine reber za odvajanje toplote. vzdolž smeri toka hladilnega zraka.Za naravno odvajanje toplote velja, da večja kot je efektivna površina odvajanja toplote, tem bolje.Najbolj neposreden način je zmanjšati razmik med rebri in povečati število reber, vendar je reža med rebri dovolj majhna, da vpliva na mejno plast naravne konvekcije.Ko se mejni sloji sosednjih sten reber konvergirajo, se bo hitrost zraka med rebri močno zmanjšala in tudi učinek odvajanja toplote bo močno padel.S simulacijskim izračunom in preskusnim odkrivanjem toplotne učinkovitosti zračno hlajenega radiatorja, ko je dolžina rebra za odvajanje toplote 100 mm in gostota toplotnega toka 0,1 W/cm2, je učinek odvajanja toplote zaradi različnih razmikov reber prikazan na sliki 4. Najboljša razdalja filma je približno 8,0 mm.Če se dolžina hladilnih reber poveča, se optimalni razmik med rebri poveča.
Slika 4.Razmerje med temperaturo podlage in razmikom reber
2.1.2 Hlajenje s prisilno konvekcijo
Strukturni parametri valovitega zračno hlajenega radiatorja so višina rebra 98 mm, dolžina rebra 400 mm, debelina rebra 4 mm, razmik reber 4 mm in čelna hitrost hladilnega zraka 8 m/s.Valoviti zračno hlajeni radiator z gostoto toplotnega toka 2,38 W/cm2je bil podvržen preskusu dviga temperature.Rezultati testa kažejo, da je dvig temperature radiatorja 45 K, izguba tlaka hladilnega zraka 110 Pa, odvajanje toplote na enoto prostornine pa 245 kW/m3.Poleg tega je enakomernost namestitvene površine močnostne komponente slaba, njena temperaturna razlika pa doseže približno 10 °C.Trenutno so za rešitev tega problema bakrene toplotne cevi običajno vkopane v namestitveno površino zračno hlajenega radiatorja, tako da se lahko temperaturna enakomernost namestitvene površine močnostne komponente bistveno izboljša v smeri polaganja toplotne cevi in učinek ni očiten v navpični smeri.Če je v substratu uporabljena tehnologija parne komore, je mogoče celotno enakomernost temperature namestitvene površine močnostne komponente nadzorovati znotraj 3 °C, do določene mere pa je mogoče zmanjšati tudi dvig temperature hladilnega telesa.Ta preskušanec se lahko zniža za približno 3 °C.
Z uporabo programske opreme za izračun toplotne simulacije se pri enakih zunanjih pogojih izvede simulacijski izračun ravnih zob in valovitih hladilnih reber, rezultati pa so prikazani na sliki 5. Temperatura montažne površine napajalne naprave s hlajenjem z ravnimi zobmi reber je 153,5 °C, valovitih hladilnih reber pa 133,5 °C.Zato je hladilna zmogljivost valovitega zračno hlajenega radiatorja boljša kot pri zračno hlajenem radiatorju z ravnimi zobmi, vendar je enakomernost temperature rebrastih teles obeh relativno slaba, kar ima večji vpliv na hladilno zmogljivost. radiatorja.
Slika 5.Temperaturno polje ravnih in valovitih reber
2.2 Zračno hlajen radiator s ploščastimi rebri
Strukturni parametri ploščato-rebrnega zračno hlajenega radiatorja so naslednji: višina prezračevalnega dela je 100 mm, dolžina reber je 240 mm, razmik med rebri je 4 mm, hitrost čelnega toka hladilnega zraka je 8 m/s, gostota toplotnega toka pa 4,81 W/cm2.Dvig temperature je 45°C, izguba tlaka hladilnega zraka je 460 Pa, odvajanje toplote na enoto prostornine pa 374 kW/m3.V primerjavi z valovitim zračno hlajenim radiatorjem se zmogljivost odvajanja toplote na enoto prostornine poveča za 52,7 %, vendar je tudi izguba zračnega tlaka večja.
2.3 Zračno hlajeni radiator z zobato lopato
Da bi razumeli toplotno učinkovitost aluminijastega radiatorja z lopatastimi zobmi, je višina rebra 15 mm, dolžina rebra je 150 mm, debelina rebra je 1 mm, razmik med rebri je 1 mm in hladilni zrak je usmerjen hitrost je 5,4 m/s.Zračno hlajeni radiator z zobatim zobom z gostoto toplotnega toka 2,7 W/cm2je bil podvržen preskusu dviga temperature.Rezultati preskusa kažejo, da je temperatura namestitvene površine napajalnega elementa radiatorja 74,2 °C, dvig temperature radiatorja 44,8K, izguba tlaka hladilnega zraka 460 Pa, odvajanje toplote na enoto prostornine pa doseže 4570 kW/m3.
3 Zaključek
Na podlagi zgornjih rezultatov preskusa je mogoče sklepati naslednje.
(1) Zmogljivost hlajenja zračno hlajenega radiatorja je razvrščena po visoki in nizki: zračno hlajeni radiator z zobatimi zobmi, zračno hlajeni radiator s ploščatimi rebri, zračno hlajeni radiator z valovitimi zobmi in zračno hlajeni radiator z ravnimi zobmi.
(2) Temperaturna razlika med rebri v valovitem zračno hlajenem radiatorju in zračno hlajenem radiatorju z ravnimi zobmi je relativno velika, kar močno vpliva na hladilno zmogljivost radiatorja.
(3) Naravni zračno hlajeni radiator ima najboljši razmik med rebri, ki ga je mogoče doseči s poskusom ali teoretičnim izračunom.
(4) Zaradi močne hladilne zmogljivosti zračno hlajenega radiatorja z zobatim zobom se lahko uporablja v elektronski opremi z visoko lokalno gostoto toplotnega toka.
Vir: Tehnologija strojništva in elektrotehnike, letnik 50, številka 06
Avtorji: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
zavrnitev odgovornosti
Zgornja vsebina izhaja iz javnih informacij na internetu in se uporablja samo za komunikacijo in učenje v industriji.Članek je avtorjevo neodvisno mnenje in ne predstavlja stališča DONGXU HYDRAULICS.Če pride do težav z vsebino dela, avtorskimi pravicami ipd., se obrnite na nas v 30 dneh po objavi tega članka in zadevno vsebino bomo takoj izbrisali.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.ima tri hčerinske družbe:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., inGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holding družbeFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Tovarna hidravličnih delov Ningbo Fenghua št. 3itd.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
SPLET: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
DODAJ: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, Kitajska
Čas objave: 27. marec 2023