abstrakt
Med sikte på värmeavledningskraven för kraftelektroniska kraftenheter har värmeväxlingstekniken för luftkylda radiatorer för att kyla dem studerats på djupet.Enligt de strukturella egenskaperna och tekniska kraven för den luftkylda radiatorn för kylning av kraftenhet, utförs de termiska prestandatesterna för den luftkylda radiatorn med olika strukturer, och simuleringsberäkningsmjukvaran används för extra verifiering.Slutligen, under samma temperaturökningstestresultat, jämfördes egenskaperna hos luftkylda radiatorer med olika strukturer i termer av tryckförlust, värmeavledning per volymenhet och temperaturlikformighet hos kraftanordningens monteringsytor.Forskningsresultaten ger en referens för design av liknande strukturella luftkylda radiatorer.
Nyckelord:radiator;luftkylning;termisk prestanda;värmeflödestäthet
0 Förord
Med den vetenskapliga utvecklingen av kraftelektronikvetenskap och -teknik är tillämpningen av kraftelektronikkraftenheter mer omfattande.Det som avgör elektroniska enheters livslängd och prestanda är själva enhetens prestanda och den elektroniska enhetens driftstemperatur, det vill säga värmeöverföringskapaciteten hos radiatorn som används för att avleda värme från den elektroniska enheten.För närvarande, i kraftelektronisk utrustning med en värmeflödestäthet mindre än 4 W/cm2, används de flesta luftkylda kylsystemen.kylfläns.
Zhang Liangjuan et al.använde FloTHERM för att utföra termisk simulering av luftkylda moduler, och verifierade tillförlitligheten av simuleringsresultaten med experimentella testresultat, och testade värmeavledningsprestanda för olika kalla plattor samtidigt.
Yang Jingshan valde tre typiska luftkylda radiatorer (det vill säga rakflänsradiatorer, rektangulära kanalradiatorer fyllda med metallskum och radiatorer med radiatorer) som forskningsobjekt och använde CFD-mjukvara för att förbättra radiatorernas värmeöverföringskapacitet.Och optimera den omfattande prestandan för flöde och värmeöverföring.
Wang Changchang och andra använde simuleringsmjukvaran för värmeavledning FLoTHERM för att simulera och beräkna den luftkylda radiatorns värmeavledningsprestanda, kombinerat med experimentella data för jämförande analys, och studerade inverkan av parametrar som kylande vindhastighet, tanddensitet och höjd på den luftkylda radiatorns värmeavledningsprestanda.
Shao Qiang et al.analyserade kort referensluftvolymen som krävs för forcerad luftkylning genom att ta en rektangulär lamellradiator som exempel;baserat på den strukturella formen av kylaren och principerna för vätskemekanik, härleddes vindmotståndsuppskattningsformeln för kylluftskanalen;kombinerat med en kort analys av fläktens PQ-karakteristiska kurva kan fläktens faktiska arbetspunkt och ventilationsluftmängd snabbt erhållas.
Pan Shujie valde den luftkylda radiatorn för forskning och förklarade kort stegen för värmeavledningsberäkning, radiatorval, luftkyld värmeavledningsberäkning och fläktval i värmeavledningsdesign, och avslutade den enkla luftkylda radiatordesignen.Genom att använda ICEPAK termisk simuleringsprogram, Liu Wei et al.genomförde en jämförande analys av två viktminskningsdesignmetoder för radiatorer (öka lamellavstånd och minska lamellhöjd).Detta dokument introducerar strukturen och värmeavledningsförmågan hos profil-, spadtand- och plattfena luftkylda radiatorer.
1 Luftkyld radiatorstruktur
1.1 Vanligt använda luftkylda radiatorer
Den vanliga luftkylda radiatorn bildas genom metallbearbetning, och kylluften strömmar genom radiatorn för att avleda värmen från den elektroniska enheten till den atmosfäriska miljön.Bland vanliga metallmaterial har silver den högsta värmeledningsförmågan på 420 W/m*K, men det är dyrt;
Värmeledningsförmågan för koppar är 383 W/m· K, vilket är relativt nära silvernivån, men bearbetningstekniken är komplicerad, kostnaden är hög och vikten är relativt tung;
Värmeledningsförmågan för 6063 aluminiumlegering är 201 W/m·K. Den är billig, har goda bearbetningsegenskaper, enkel ytbehandling och hög kostnadsprestanda.
Därför använder materialet i de nuvarande vanliga luftkylda radiatorerna i allmänhet denna aluminiumlegering.Figur 1 visar två vanliga luftkylda kylflänsar.Vanligt använda bearbetningsmetoder för luftkylda radiatorer inkluderar huvudsakligen följande:
(1) Dragning och formning av aluminiumlegering, värmeöverföringsarean per volymenhet kan nå cirka 300 m2/m3, och kylningsmetoderna är naturlig kylning och forcerad ventilationskylning;
(2) Kylflänsen och substratet är inlagda tillsammans, och kylflänsen och substratet kan anslutas genom nitning, epoxihartsbindning, lödsvetsning, lödning och andra processer.Dessutom kan materialet i substratet också vara en kopparlegering.Värmeöverföringsarean per volymenhet kan nå ca 500 m2/m3, och kylningsmetoderna är naturlig kyla och forcerad ventilationskylning;
(3) Skyffeltandformning, denna typ av radiator kan eliminera det termiska motståndet mellan kylflänsen och substratet, avståndet mellan kylflänsen kan vara mindre än 1,0 mm och värmeöverföringsytan per volymenhet kan nå cirka 2 500 m2/m3.Bearbetningsmetoden visas i figur 2, och kylningsmetoden är forcerad luftkylning.
Fig. 1. Vanligt använda luftkyld kylfläns
Fig. 2. Bearbetningsmetod för skyffeltand luftkyld radiator
1.2 Plattfläns luftkyld radiator
Den plattfena luftkylda radiatorn är en slags luftkyld radiator som bearbetas genom hårdlödning av flera delar.Den är huvudsakligen sammansatt av tre delar såsom kylfläns, ribbplatta och bottenplatta.Dess struktur visas i figur 3. Kylflänsarna kan anta platta fenor, korrugerade fenor, förskjutna fenor och andra strukturer.Med tanke på ribbornas svetsprocess väljs aluminiummaterial i 3 serier för ribborna, kylflänsar och baser för att säkerställa svetsbarheten hos den plattfena luftkylda radiatorn.Värmeöverföringsytan per volymenhet hos den plattfena luftkylda radiatorn kan nå cirka 650 m2/m3, och kylmetoderna är naturlig kyla och forcerad ventilationskylning.
Fig. 3. Plattfläns luftkyld radiator
2 Termisk prestanda hos olika luftkylda radiatorerv
2.1Vanligen begagnade profilluftkylda radiatorer
2.1.1 Naturlig värmeavledning
Vanligt använda luftkylda radiatorer kyler huvudsakligen elektroniska enheter genom naturlig kylning, och deras värmeavledningsprestanda beror huvudsakligen på tjockleken på värmeavledningsfenorna, fenornas stigning, höjden på fenorna och längden på värmeavledningsfenorna längs kylluftens riktning.För naturlig värmeavledning, ju större effektiv värmeavledningsyta desto bättre.Det mest direkta sättet är att minska fenavståndet och öka antalet fenor, men gapet mellan fenorna är tillräckligt litet för att påverka gränsskiktet för naturlig konvektion.När väl gränsskikten för de intilliggande fenväggarna konvergerar, kommer lufthastigheten mellan fenorna att sjunka kraftigt, och värmeavledningseffekten kommer också att minska kraftigt.Genom simuleringsberäkning och testdetektering av den luftkylda radiatorns termiska prestanda, när värmeavledningsfenans längd är 100 mm och värmeflödestätheten är 0,1 W/cm2, visas värmeavledningseffekten av olika flänsavstånd i figur 4. Det bästa filmavståndet är cirka 8,0 mm.Om längden på kylflänsarna ökar blir det optimala lamellavståndet större.
Fig.4.Samband mellan substrattemperatur och lamellavstånd
2.1.2 Forcerad konvektionskylning
De strukturella parametrarna för den korrugerade luftkylda radiatorn är flänshöjd 98 mm, flänslängd 400 mm, flänstjocklek 4 mm, flänsavstånd 4 mm och kylluftens fronthastighet 8 m/s.En korrugerad luftkyld radiator med en värmeflödestäthet på 2,38 W/cm2utsattes för ett temperaturstegringstest.Testresultaten visar att radiatorns temperaturstegring är 45 K, tryckförlusten i kylluften är 110 Pa och värmeavledningen per volymenhet är 245 kW/m3.Dessutom är enhetligheten hos kraftkomponentens monteringsyta dålig och dess temperaturskillnad når cirka 10 °C.För att lösa detta problem är kopparvärmerör vanligtvis begravda på installationsytan på den luftkylda radiatorn, så att temperaturlikformigheten hos kraftkomponentens installationsyta kan förbättras avsevärt i riktning mot värmerörets läggning, och effekten är inte uppenbar i vertikal riktning.Om ångkammarteknologi används i substratet kan den totala temperaturlikformigheten för kraftkomponentens monteringsyta kontrolleras inom 3 °C, och temperaturökningen på kylflänsen kan också minskas i viss utsträckning.Denna provbit kan reduceras med cirka 3 °C.
Med hjälp av programvara för beräkning av termisk simulering, under samma yttre förhållanden, utförs simuleringsberäkningen av kylflänsar med rak tand och korrugerade kylflänsar, och resultaten visas i figur 5. Temperaturen på monteringsytan på kraftenheten med kylning med rak tand flänsar är 153,5 °C, och för korrugerade kylflänsar är 133,5 °C.Därför är kylkapaciteten hos den korrugerade luftkylda kylaren bättre än den för den raktandade luftkylda kylaren, men temperaturlikformigheten hos fenkropparna hos de två är relativt dålig, vilket har en större inverkan på kylningsprestandan. av radiatorn.
Fig. 5.Temperaturfält för raka och korrugerade fenor
2.2 Plattfläns luftkyld radiator
De strukturella parametrarna för den luftkylda radiatorn med plattfena är som följer: ventilationsdelens höjd är 100 mm, längden på fenorna är 240 mm, avståndet mellan fenorna är 4 mm, flödeshastigheten frontalt av kylluften är 8 m/s, och värmeflödestätheten är 4,81 W/cm2.Temperaturhöjningen är 45°C, kylluftens tryckförlust är 460 Pa och värmeavledningen per volymenhet är 374 kW/m3.Jämfört med den korrugerade luftkylda radiatorn ökar värmeavledningskapaciteten per volymenhet med 52,7 %, men även lufttrycksförlusten är större.
2.3 Skyffeltand luftkyld kylare
För att förstå den termiska prestandan hos skoveltandsradiatorn i aluminium är lamellhöjden 15 mm, lamelllängden är 150 mm, lamelltjockleken är 1 mm, lamellavståndet är 1 mm och kylluften frontalt hastigheten är 5,4 m/s.En luftkyld kylare med spadtag med en värmeflödestäthet på 2,7 W/cm2utsattes för ett temperaturstegringstest.Testresultaten visar att temperaturen på radiatorkraftelementets monteringsyta är 74,2°C, radiatorns temperaturökning är 44,8K, kyllufttrycksförlusten är 460 Pa och värmeavledningen per volymenhet når 4570 kW/m3.
3 Slutsats
Genom ovanstående testresultat kan följande slutsatser dras.
(1) Den luftkylda kylarens kylkapacitet sorteras efter högt och lågt: luftkyld kylare med skyffeltand, luftkyld kylare med plattfena, luftkyld kylare med korrugerad och raktandad luftkyld kylare.
(2) Temperaturskillnaden mellan lamellerna i den korrugerade luftkylda kylaren och den raktandade luftkylda kylaren är relativt stor, vilket har stor inverkan på kylarens kylkapacitet.
(3) Den naturliga luftkylda radiatorn har det bästa lamellavståndet, vilket kan erhållas genom experiment eller teoretisk beräkning.
(4) På grund av den starka kylkapaciteten hos den luftkylda radiatorn med skyffeltand kan den användas i elektronisk utrustning med hög lokal värmeflödestäthet.
Källa: Mekanik och elektroteknik Volym 50 Nummer 06
Författare: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
varning
Ovanstående innehåll kommer från offentlig information på Internet och används endast för kommunikation och lärande i branschen.Artikeln är författarens oberoende åsikt och representerar inte DONGXU HYDRAULICS ståndpunkt.Om det finns problem med verkets innehåll, upphovsrätt, etc., vänligen kontakta oss inom 30 dagar efter publicering av denna artikel, så tar vi bort det relevanta innehållet omedelbart.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.har tre dotterbolag:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., ochGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holdingbolaget tillFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Part Factory, 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
LÄGG TILL: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, Kina 528226
& nr. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, Kina
Posttid: Mar-27-2023