เชิงนามธรรม
เทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศเพื่อระบายความร้อนได้รับการศึกษาในเชิงลึกโดยมุ่งเป้าไปที่ข้อกำหนดการกระจายความร้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังอิเล็กทรอนิกส์ตามลักษณะโครงสร้างและข้อกำหนดทางเทคนิคของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศสำหรับการระบายความร้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้า จะทำการทดสอบประสิทธิภาพความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน และใช้ซอฟต์แวร์การคำนวณการจำลองสำหรับการตรวจสอบเสริมในที่สุด ภายใต้ผลการทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเดียวกัน ได้มีการเปรียบเทียบลักษณะของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีโครงสร้างที่แตกต่างกันในแง่ของการสูญเสียแรงดัน การกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตร และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของพื้นผิวการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าผลการวิจัยเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการออกแบบหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีโครงสร้างคล้ายกัน
คำสำคัญ:หม้อน้ำ;อากาศเย็น;ประสิทธิภาพการระบายความร้อนความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อน
0 คำนำ
ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง การประยุกต์ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังอิเล็กทรอนิกส์นั้นกว้างขวางมากขึ้นสิ่งที่กำหนดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือประสิทธิภาพของตัวอุปกรณ์เองและอุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งก็คือความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของหม้อน้ำที่ใช้เพื่อกระจายความร้อนออกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปัจจุบันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนน้อยกว่า 4 W/cm2 ส่วนใหญ่จะใช้ระบบทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยอากาศแผ่นระบายความร้อน
จาง เหลียงจวน และคณะใช้ FloTHERM เพื่อทำการจำลองความร้อนของโมดูลระบายความร้อนด้วยอากาศ และตรวจสอบความน่าเชื่อถือของผลการจำลองด้วยผลการทดสอบเชิงทดลอง และทดสอบประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของแผ่นทำความเย็นต่างๆ ในเวลาเดียวกัน
Yang Jingshan เลือกหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศทั่วไปสามตัว (นั่นคือ หม้อน้ำครีบตรง หม้อน้ำช่องสี่เหลี่ยมที่เต็มไปด้วยโฟมโลหะ และหม้อน้ำครีบรัศมี) เป็นวัตถุวิจัย และใช้ซอฟต์แวร์ CFD เพื่อเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของหม้อน้ำและเพิ่มประสิทธิภาพการไหลและการถ่ายเทความร้อนอย่างครอบคลุม
Wang Changchang และคนอื่นๆ ใช้ซอฟต์แวร์จำลองการกระจายความร้อน FLoTHERM เพื่อจำลองและคำนวณประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ รวมกับข้อมูลการทดลองเพื่อการวิเคราะห์เปรียบเทียบ และศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์ เช่น ความเร็วลมในการทำความเย็น ความหนาแน่นของฟัน และ ความสูงในประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ
Shao Qiang และคณะวิเคราะห์ปริมาตรอากาศอ้างอิงที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อนด้วยอากาศโดยสรุปโดยนำหม้อน้ำแบบครีบสี่เหลี่ยมมาเป็นตัวอย่างจากรูปแบบโครงสร้างของหม้อน้ำและหลักการของกลศาสตร์ของไหล จะได้สูตรการประมาณค่าความต้านทานลมของท่ออากาศหล่อเย็นเมื่อรวมกับการวิเคราะห์โดยย่อของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ PQ ของพัดลม สามารถรับจุดทำงานจริงและปริมาณอากาศระบายอากาศของพัดลมได้อย่างรวดเร็ว
Pan Shujie เลือกหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศเพื่อการวิจัย และอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับขั้นตอนการคำนวณการกระจายความร้อน การเลือกหม้อน้ำ การคำนวณการกระจายความร้อนด้วยอากาศ และการเลือกพัดลมในการออกแบบการกระจายความร้อน และเสร็จสิ้นการออกแบบหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศอย่างง่ายLiu Wei และคณะใช้ซอฟต์แวร์จำลองความร้อน ICEPAKดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบการออกแบบการลดน้ำหนักสองวิธีสำหรับหม้อน้ำ (การเพิ่มระยะห่างของครีบและลดความสูงของครีบ)บทความนี้จะแนะนำโครงสร้างและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของโปรไฟล์ โพดำฟัน และหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบเพลทตามลำดับ
1 โครงสร้างหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ
1.1 หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้กันทั่วไป
หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศทั่วไปเกิดขึ้นจากการแปรรูปโลหะ และอากาศเย็นจะไหลผ่านหม้อน้ำเพื่อกระจายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สู่สภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศในบรรดาวัสดุโลหะทั่วไป เงินมีค่าการนำความร้อนสูงสุดที่ 420 W/m*K แต่มีราคาแพง
ค่าการนำความร้อนของทองแดงอยู่ที่ 383 W/m· K ซึ่งค่อนข้างใกล้เคียงกับระดับเงิน แต่เทคโนโลยีการประมวลผลมีความซับซ้อน ต้นทุนสูงและน้ำหนักค่อนข้างหนัก
ค่าการนำความร้อนของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 อยู่ที่ 201 W/m· K มีราคาถูก มีลักษณะการประมวลผลที่ดี ปรับสภาพพื้นผิวได้ง่าย และคุ้มค่าคุ้มราคาสูง
ดังนั้นวัสดุของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศกระแสหลักในปัจจุบันโดยทั่วไปจึงใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์นี้รูปที่ 1 แสดงแผงระบายความร้อนด้วยอากาศทั่วไปสองแผงวิธีการประมวลผลหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้:
(1) การวาดและการขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียม พื้นที่การถ่ายเทความร้อนต่อหน่วยปริมาตรสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 300 เมตร2/m3และวิธีการทำความเย็นคือการระบายความร้อนตามธรรมชาติและการระบายความร้อนแบบบังคับ
(2) แผ่นระบายความร้อนและพื้นผิวถูกฝังเข้าด้วยกัน และสามารถเชื่อมต่อแผ่นระบายความร้อนและพื้นผิวได้โดยการโลดโผน การเชื่อมอีพอกซีเรซิน การเชื่อมประสาน การบัดกรี และกระบวนการอื่น ๆนอกจากนี้วัสดุของพื้นผิวยังสามารถเป็นโลหะผสมทองแดงได้อีกด้วยพื้นที่การถ่ายเทความร้อนต่อหน่วยปริมาตรสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 500 m2/m3 และวิธีการทำความเย็นคือการทำความเย็นตามธรรมชาติและการระบายความร้อนแบบบังคับระบายอากาศ
(3) การขึ้นรูปฟันพลั่ว หม้อน้ำชนิดนี้สามารถกำจัดความต้านทานความร้อนระหว่างแผงระบายความร้อนและพื้นผิว ระยะห่างระหว่างแผงระบายความร้อนอาจน้อยกว่า 1.0 มม. และพื้นที่การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรหน่วยสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 2 500 ม2/m3.วิธีการประมวลผลจะแสดงในรูปที่ 2 และวิธีการทำความเย็นคือการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ
รูปที่ 1. แผ่นระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้กันทั่วไป
รูปที่ 2 วิธีการประมวลผลหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพลั่วฟัน
1.2 หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเพลทฟิน
หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบจานเป็นหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศชนิดหนึ่งที่ประมวลผลโดยการประสานหลายส่วนส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน เช่น แผ่นระบายความร้อน แผ่นซี่โครง และแผ่นฐานโครงสร้างแสดงในรูปที่ 3 ครีบระบายความร้อนสามารถใช้ครีบแบน ครีบลูกฟูก ครีบเซ และโครงสร้างอื่นๆเมื่อพิจารณาถึงกระบวนการเชื่อมของซี่โครง วัสดุอะลูมิเนียมซีรีส์ 3 จะถูกเลือกสำหรับซี่โครง ตัวระบายความร้อน และฐาน เพื่อให้มั่นใจในการเชื่อมของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบเพลทพื้นที่การถ่ายเทความร้อนต่อหน่วยปริมาตรของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบจานสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 650 ม.2/ม.3 และวิธีการทำความเย็นคือการทำความเย็นตามธรรมชาติและการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ
ภาพที่ 3 หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเพลทฟิน
2 ประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศต่างๆv
2.1อย่างธรรมดา ใช้หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศโปรไฟล์
2.1.1 การกระจายความร้อนตามธรรมชาติ
หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่จะทำความเย็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยการระบายความร้อนตามธรรมชาติ และประสิทธิภาพการกระจายความร้อนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความหนาของครีบกระจายความร้อน ระยะห่างของครีบ ความสูงของครีบ และความยาวของครีบกระจายความร้อน ตามแนวทิศทางการไหลของอากาศเย็นสำหรับการกระจายความร้อนตามธรรมชาติ ยิ่งพื้นที่กระจายความร้อนมีประสิทธิผลมากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้นวิธีที่ตรงที่สุดคือการลดระยะห่างของครีบและเพิ่มจำนวนครีบ แต่ช่องว่างระหว่างครีบนั้นเล็กพอที่จะส่งผลต่อชั้นขอบเขตของการพาความร้อนตามธรรมชาติเมื่อชั้นขอบเขตของผนังครีบที่อยู่ติดกันมาบรรจบกัน ความเร็วลมระหว่างครีบจะลดลงอย่างรวดเร็ว และผลกระทบในการกระจายความร้อนก็จะลดลงอย่างรวดเร็วเช่นกันโดยผ่านการจำลองการคำนวณและทดสอบการตรวจจับประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ เมื่อความยาวครีบกระจายความร้อน 100 มม. และความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อน 0.1 W/cm.2ผลการกระจายความร้อนของระยะห่างครีบที่แตกต่างกันจะแสดงในรูปที่ 4 ระยะฟิล์มที่ดีที่สุดคือประมาณ 8.0 มม.หากความยาวของครีบระบายความร้อนเพิ่มขึ้น ระยะห่างของครีบที่เหมาะสมที่สุดก็จะใหญ่ขึ้น
รูปที่ 4.ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของพื้นผิวและระยะห่างของครีบ
2.1.2 การระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนแบบบังคับ
พารามิเตอร์โครงสร้างของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูกคือความสูงครีบ 98 มม. ความยาวครีบ 400 มม. ความหนาครีบ 4 มม. ระยะห่างครีบ 4 มม. และความเร็วลมด้านหน้าเย็น 8 เมตรต่อวินาทีหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูกที่มีความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อน 2.38 W/cm2ถูกทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิผลการทดสอบพบว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของหม้อน้ำคือ 45 K ความดันสูญเสียของอากาศเย็นคือ 110 Pa และการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรคือ 245 kW/m3.นอกจากนี้ ความสม่ำเสมอของพื้นผิวการติดตั้งส่วนประกอบกำลังไม่ดี และความแตกต่างของอุณหภูมิถึงประมาณ 10 °Cในปัจจุบัน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ท่อความร้อนทองแดงมักจะถูกฝังไว้บนพื้นผิวการติดตั้งของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ เพื่อให้ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของพื้นผิวการติดตั้งส่วนประกอบพลังงานสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญในทิศทางของการวางท่อความร้อน และ เอฟเฟกต์ไม่ชัดเจนในแนวตั้งหากใช้เทคโนโลยีห้องไอในพื้นผิว สามารถควบคุมความสม่ำเสมอของอุณหภูมิโดยรวมของพื้นผิวการติดตั้งส่วนประกอบกำลังได้ภายใน 3 °C และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแผงระบายความร้อนก็สามารถลดลงได้ในระดับหนึ่งชิ้นทดสอบนี้สามารถลดลงได้ประมาณ 3 °C
การใช้ซอฟต์แวร์คำนวณการจำลองความร้อนภายใต้เงื่อนไขภายนอกเดียวกัน การคำนวณการจำลองของฟันตรงและครีบระบายความร้อนลูกฟูกจะดำเนินการ และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 5 อุณหภูมิของพื้นผิวการติดตั้งของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการระบายความร้อนด้วยฟันตรง ครีบอยู่ที่ 153.5 °C และครีบระบายความร้อนลูกฟูกคือ 133.5 °Cดังนั้นความสามารถในการทำความเย็นของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูกจึงดีกว่าหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบฟันตรง แต่ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของตัวครีบของทั้งสองนั้นค่อนข้างต่ำ ซึ่งมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำความเย็นมากขึ้น ของหม้อน้ำ
รูปที่ 5สนามอุณหภูมิของครีบตรงและครีบลูกฟูก
2.2 หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเพลทฟิน
พารามิเตอร์โครงสร้างของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบจานมีดังนี้: ความสูงของส่วนระบายอากาศคือ 100 มม., ความยาวของครีบคือ 240 มม., ระยะห่างระหว่างครีบคือ 4 มม., ความเร็วการไหลของส่วนหัว ของอากาศเย็นคือ 8 เมตร/วินาที และความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนคือ 4.81 วัตต์/ซม2.อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นคือ 45°C การสูญเสียแรงดันอากาศในการทำความเย็นคือ 460 Pa และการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรคือ 374 kW/m3.เมื่อเปรียบเทียบกับหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูก ความสามารถในการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรเพิ่มขึ้น 52.7% แต่การสูญเสียแรงดันอากาศก็มีมากกว่าเช่นกัน
2.3 หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพลั่วฟัน
เพื่อให้เข้าใจถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อน้ำอลูมิเนียมพลั่วฟัน ความสูงของครีบคือ 15 มม. ความยาวครีบคือ 150 มม. ความหนาของครีบคือ 1 มม. ระยะห่างของครีบคือ 1 มม. และอากาศเย็นแบบ head-on ความเร็วคือ 5.4 เมตร/วินาทีหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพลั่วฟันที่มีความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อน 2.7 W/cm2ถูกทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของพื้นผิวการติดตั้งองค์ประกอบพลังงานหม้อน้ำคือ 74.2°C อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของหม้อน้ำคือ 44.8K การสูญเสียแรงดันอากาศในการทำความเย็นคือ 460 Pa และการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรสูงถึง 4570 kW/m3.
3 บทสรุป
จากผลการทดสอบข้างต้น จะได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้
(1) ความสามารถในการทำความเย็นของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศจัดเรียงตามสูงและต่ำ: หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพลั่ว, หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบครีบจาน, หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูก, และหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบฟันตรง
(2) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างครีบในหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศลูกฟูกและหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบฟันตรงมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการทำความเย็นของหม้อน้ำ
(3) หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติมีระยะห่างระหว่างครีบที่ดีที่สุด ซึ่งสามารถหาได้จากการทดลองหรือการคำนวณทางทฤษฎี
(4) เนื่องจากความสามารถในการทำความเย็นที่แข็งแกร่งของหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพลั่วฟัน จึงสามารถใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนสูงในท้องถิ่นได้
ที่มา: เทคโนโลยีวิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า เล่มที่ 50 ฉบับที่ 06
ผู้เขียน: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
ข้อจำกัดความรับผิดชอบ
เนื้อหาข้างต้นมาจากข้อมูลสาธารณะบนอินเทอร์เน็ตและใช้เพื่อการสื่อสารและการเรียนรู้ในอุตสาหกรรมเท่านั้นบทความนี้เป็นความเห็นอิสระของผู้เขียนและไม่ได้แสดงถึงจุดยืนของ DONGXU HYDRAULICSหากมีปัญหาเกี่ยวกับเนื้อหาของงาน ลิขสิทธิ์ ฯลฯ โปรดติดต่อเราภายใน 30 วันนับจากวันที่เผยแพร่บทความนี้ แล้วเราจะลบเนื้อหาที่เกี่ยวข้องทันที
Foshan Nanhai Dongxu ไฮดรอลิกเครื่องจักร Co., Ltd.มีบริษัทในเครือ 3 แห่ง:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., กวางตุ้ง Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., และกวางตุ้ง Bokade หม้อน้ำวัสดุ Co., Ltd.
บริษัทโฮลดิ้งของบริษัท Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: โรงงานชิ้นส่วนไฮดรอลิก Ningbo Fenghua หมายเลข 3ฯลฯ
Foshan Nanhai Dongxu ไฮดรอลิกเครื่องจักร Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
เว็บไซต์: www.dxhydraulics.com
WhatsApp/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
เพิ่ม: อาคารโรงงาน 5, พื้นที่ C3, ฐานอุตสาหกรรม Xingguangyuan, ถนน Yanjiang South, ถนน Luocun, เขต Nanhai, เมือง Foshan, มณฑลกวางตุ้ง, จีน 528226
และเลขที่ 7 ถนน Xingye เขตความเข้มข้นอุตสาหกรรม Zhuxi เมือง Zhoutie เมือง Yixing มณฑลเจียงซูประเทศจีน
เวลาโพสต์: 27 มี.ค. 2023