abstract
Naglalayon sa mga kinakailangan sa pagwawaldas ng init ng mga power electronic power device, ang teknolohiya ng pagpapalitan ng init ng mga radiator na pinalamig ng hangin para sa paglamig sa kanila ay pinag-aralan nang malalim.Ayon sa mga katangian ng istruktura at teknikal na mga kinakailangan ng air-cooled radiator para sa power device cooling, ang mga thermal performance test ng air-cooled radiator na may iba't ibang istruktura ay isinasagawa, at ang simulation calculation software ay ginagamit para sa auxiliary verification.Sa wakas, sa ilalim ng parehong mga resulta ng pagsubok sa pagtaas ng temperatura, ang mga katangian ng mga radiator na pinalamig ng hangin na may iba't ibang mga istraktura sa mga tuntunin ng pagkawala ng presyon, pagwawaldas ng init bawat dami ng yunit, at pagkakapareho ng temperatura ng mga ibabaw ng mounting ng power device.Ang mga resulta ng pananaliksik ay nagbibigay ng sanggunian para sa disenyo ng mga katulad na istrukturang air-cooled na radiator.
Mga keyword:radiator;paglamig ng hangin;pagganap ng thermal;density ng heat flux
0 Paunang Salita
Sa siyentipikong pag-unlad ng agham at teknolohiya ng power electronics, mas malawak ang paggamit ng mga power electronics power device.Ang tumutukoy sa buhay ng serbisyo at pagganap ng mga elektronikong aparato ay ang pagganap ng aparato mismo, at ang operating temperatura ng elektronikong aparato, iyon ay, ang kapasidad ng paglipat ng init ng radiator na ginagamit upang mawala ang init mula sa elektronikong aparato.Sa kasalukuyan, sa power electronic equipment na may heat flux density na mas mababa sa 4 W/cm2, karamihan sa mga air-cooled cooling system ay ginagamit.lababo ng init.
Zhang Liangjuan et al.ginamit ang FloTHERM upang magsagawa ng thermal simulation ng mga air-cooled na module, at na-verify ang pagiging maaasahan ng mga resulta ng simulation sa mga resulta ng eksperimentong pagsubok, at sinubukan ang pagganap ng pagwawaldas ng init ng iba't ibang malamig na plato nang sabay-sabay.
Pinili ni Yang Jingshan ang tatlong tipikal na air-cooled radiators (iyon ay, straight fin radiators, rectangular channel radiators na puno ng metal foam, at radial fin radiators) bilang research object, at gumamit ng CFD software para mapahusay ang heat transfer capacity ng radiators.At i-optimize ang komprehensibong pagganap ng daloy at paglipat ng init.
Ginamit ni Wang Changchang at ng iba pa ang heat dissipation simulation software na FLoTHERM para gayahin at kalkulahin ang performance ng heat dissipation ng air-cooled radiator, kasama ang experimental data para sa comparative analysis, at pinag-aralan ang impluwensya ng mga parameter tulad ng cooling wind speed, densidad ng ngipin at taas sa pagganap ng heat dissipation ng air-cooled radiator.
Shao Qiang et al.maikling sinuri ang reference na dami ng hangin na kinakailangan para sa sapilitang paglamig ng hangin sa pamamagitan ng pagkuha ng isang parihabang finned radiator bilang isang halimbawa;batay sa structural form ng radiator at ang mga prinsipyo ng fluid mechanics, ang wind resistance estimation formula ng cooling air duct ay nakuha;pinagsama sa isang maikling pagsusuri ng PQ na katangian ng curve ng fan, ang aktwal na punto ng pagtatrabaho at dami ng bentilasyon ng hangin ng fan ay maaaring mabilis na makuha.
Pinili ni Pan Shujie ang air-cooled radiator para sa pagsasaliksik, at maikling ipinaliwanag ang mga hakbang ng pagkalkula ng heat dissipation, pagpili ng radiator, pagkalkula ng air-cooled heat dissipation at pagpili ng fan sa heat dissipation design, at nakumpleto ang simpleng air-cooled na disenyo ng radiator.Gamit ang ICEPAK thermal simulation software, Liu Wei et al.nagsagawa ng comparative analysis ng dalawang paraan ng disenyo ng pagbabawas ng timbang para sa mga radiator (pagtaas ng fin spacing at pagbabawas ng fin height).Ipinakilala ng papel na ito ang istraktura at pagganap ng pagwawaldas ng init ng profile, spade tooth at plate-fin air-cooled radiators ayon sa pagkakabanggit.
1 Istraktura ng radiator na pinalamig ng hangin
1.1 Mga karaniwang ginagamit na air-cooled na radiator
Ang karaniwang air-cooled radiator ay nabuo sa pamamagitan ng metal processing, at ang cooling air ay dumadaloy sa radiator upang mawala ang init ng electronic device sa atmospheric na kapaligiran.Sa mga karaniwang metal na materyales, ang pilak ay may pinakamataas na thermal conductivity na 420 W/m*K, ngunit ito ay mahal;
Ang thermal conductivity ng tanso ay 383 W/m· K, na medyo malapit sa antas ng pilak, ngunit ang teknolohiya sa pagpoproseso ay kumplikado, ang gastos ay mataas at ang timbang ay medyo mabigat;
Ang thermal conductivity ng 6063 aluminum alloy ay 201 W/m· K. Ito ay mura, may mahusay na mga katangian sa pagpoproseso, madaling paggamot sa ibabaw, at mataas na gastos sa pagganap.
Samakatuwid, ang materyal ng kasalukuyang mainstream na air-cooled radiator ay karaniwang gumagamit ng aluminum alloy na ito.Ang Figure 1 ay nagpapakita ng dalawang karaniwang air-cooled heat sink.Ang karaniwang ginagamit na mga pamamaraan sa pagpoproseso ng air-cooled na radiator ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod:
(1) Pagguhit at pagbuo ng haluang metal na aluminyo, ang lugar ng paglipat ng init sa bawat dami ng yunit ay maaaring umabot ng halos 300 m2/m3, at ang mga paraan ng paglamig ay natural na paglamig at sapilitang paglamig ng bentilasyon;
(2) Ang heat sink at ang substrate ay pinagsama-sama, at ang heat sink at ang substrate ay maaaring konektado sa pamamagitan ng riveting, epoxy resin bonding, brazing welding, paghihinang at iba pang mga proseso.Bilang karagdagan, ang materyal ng substrate ay maaari ding maging tanso na haluang metal.Ang lugar ng paglipat ng init sa bawat dami ng yunit ay maaaring umabot ng humigit-kumulang 500 m2/m3, at ang mga paraan ng paglamig ay natural na paglamig at sapilitang paglamig ng bentilasyon;
(3) Shovel tooth forming, ang ganitong uri ng radiator ay maaaring alisin ang thermal resistance sa pagitan ng heat sink at substrate, ang distansya sa pagitan ng heat sink ay maaaring mas mababa sa 1.0 mm, at ang heat transfer area sa bawat unit volume ay maaaring umabot ng humigit-kumulang 2 500 m2/m3.Ang paraan ng pagproseso ay ipinapakita sa Figure 2, at ang paraan ng paglamig ay sapilitang paglamig ng hangin.
Fig. 1. Karaniwang ginagamit na air-cooled heat sink
Fig. 2. Paraan ng pagproseso ng shovel tooth air-cooled radiator
1.2 Plate-fin air-cooled radiator
Ang plate-fin air-cooled radiator ay isang uri ng air-cooled radiator na pinoproseso sa pamamagitan ng brazing ng maraming bahagi.Pangunahing binubuo ito ng tatlong bahagi tulad ng heat sink, rib plate at base plate.Ang istraktura nito ay ipinapakita sa Figure 3. Ang mga cooling fins ay maaaring magpatibay ng mga flat fins, corrugated fins, staggered fins at iba pang istruktura.Isinasaalang-alang ang proseso ng hinang ng mga buto-buto, ang 3 serye ng mga materyales na aluminyo ay pinili para sa mga buto-buto, mga heat sink at mga base upang matiyak ang pagkakawelding ng plate-fin air-cooled radiator.Ang lugar ng paglipat ng init sa bawat dami ng yunit ng plate-fin air-cooled radiator ay maaaring umabot ng humigit-kumulang 650 m2/m3, at ang mga paraan ng paglamig ay natural na paglamig at sapilitang paglamig ng bentilasyon.
Fig. 3. Plate-fin air-cooled radiator
2 Thermal performance ng iba't ibang air-cooled radiatorsv
2.1Karaniwan ginamit na profile air-cooled radiators
2.1.1 Natural na pag-aalis ng init
Ang mga karaniwang ginagamit na air-cooled na radiator ay pangunahing nagpapalamig ng mga elektronikong aparato sa pamamagitan ng natural na paglamig, at ang kanilang pagganap sa pagwawaldas ng init ay higit sa lahat ay nakasalalay sa kapal ng mga palikpik sa pagwawaldas ng init, ang pitch ng mga palikpik, ang taas ng mga palikpik, at ang haba ng mga palikpik sa pagwawaldas ng init. kasama ang direksyon ng paglamig ng daloy ng hangin.Para sa natural na pagwawaldas ng init, mas malaki ang epektibong lugar ng pagwawaldas ng init, mas mabuti.Ang pinakadirektang paraan ay upang bawasan ang puwang ng palikpik at dagdagan ang bilang ng mga palikpik, ngunit ang agwat sa pagitan ng mga palikpik ay sapat na maliit upang maapektuhan ang boundary layer ng natural na convection.Sa sandaling magtagpo ang mga boundary layer ng katabing pader ng palikpik, ang bilis ng hangin sa pagitan ng mga palikpik ay bababa nang husto, at ang epekto ng pag-alis ng init ay bababa din nang husto.Sa pamamagitan ng pagkalkula ng simulation at pag-detect ng pagsubok ng thermal performance ng air-cooled radiator, kapag ang haba ng heat dissipation fin ay 100 mm at ang heat flux density ay 0.1 W/cm2, ang epekto ng pagwawaldas ng init ng magkakaibang fin spacing ay ipinapakita sa Figure 4. Ang pinakamagandang distansya ng pelikula ay mga 8.0 mm.Kung tataas ang haba ng mga cooling fins, magiging mas malaki ang pinakamainam na fin spacing.
Fig.4.Relasyon sa pagitan ng temperatura ng substrate at spacing ng palikpik
2.1.2 Sapilitang pagpapalamig ng convection
Ang mga structural parameter ng corrugated air-cooled radiator ay taas ng palikpik 98 mm, haba ng palikpik 400 mm, kapal ng palikpik 4 mm, spacing ng palikpik na 4 mm, at bilis ng head-on ng cooling air na 8 m/s.Isang corrugated air-cooled radiator na may heat flux density na 2.38 W/cm2ay sumailalim sa isang pagsubok sa pagtaas ng temperatura.Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpapakita na ang pagtaas ng temperatura ng radiator ay 45 K, ang pagkawala ng presyon ng cooling air ay 110 Pa, at ang pagwawaldas ng init sa bawat unit volume ay 245 kW/m.3.Bilang karagdagan, ang pagkakapareho ng ibabaw ng pag-mount ng sangkap ng kuryente ay hindi maganda, at ang pagkakaiba sa temperatura nito ay umabot sa halos 10 °C.Sa kasalukuyan, upang malutas ang problemang ito, ang mga tubo ng init ng tanso ay karaniwang nakabaon sa ibabaw ng pag-install ng radiator na pinalamig ng hangin, upang ang pagkakapareho ng temperatura ng ibabaw ng pag-install ng sangkap ng kuryente ay maaaring makabuluhang mapabuti sa direksyon ng pagtula ng heat pipe, at ang epekto ay hindi halata sa patayong direksyon.Kung ang teknolohiya ng vapor chamber ay ginagamit sa substrate, ang pangkalahatang pagkakapareho ng temperatura ng mounting surface ng power component ay maaaring kontrolin sa loob ng 3 °C, at ang pagtaas ng temperatura ng heat sink ay maaari ding bawasan sa isang tiyak na lawak.Ang test piece na ito ay maaaring bawasan ng humigit-kumulang 3 °C.
Gamit ang software ng pagkalkula ng thermal simulation, sa ilalim ng parehong mga panlabas na kondisyon, ang pagkalkula ng simulation ng tuwid na ngipin at mga corrugated cooling fins ay isinasagawa, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Figure 5. Ang temperatura ng mounting surface ng power device na may straight-tooth cooling ang mga palikpik ay 153.5 °C, at ang mga corrugated cooling fins ay 133.5 °C.Samakatuwid, ang kapasidad ng paglamig ng corrugated air-cooled radiator ay mas mahusay kaysa sa straight-toothed air-cooled radiator, ngunit ang pagkakapareho ng temperatura ng mga palikpik na katawan ng dalawa ay medyo mahirap, na may mas malaking epekto sa pagganap ng paglamig. ng radiator.
Fig.5.Larangan ng temperatura ng mga tuwid at corrugated na palikpik
2.2 Plate-fin air-cooled radiator
Ang mga istrukturang parameter ng plate-fin air-cooled radiator ay ang mga sumusunod: ang taas ng bahagi ng bentilasyon ay 100 mm, ang haba ng mga palikpik ay 240 mm, ang puwang sa pagitan ng mga palikpik ay 4 mm, ang head-on na bilis ng daloy. ng cooling air ay 8 m/s, at ang heat flux density ay 4.81 W/cm2.Ang pagtaas ng temperatura ay 45°C, ang pagkawala ng presyon ng hangin sa paglamig ay 460 Pa, at ang pagkawala ng init sa bawat dami ng yunit ay 374 kW/m3.Kung ikukumpara sa corrugated air-cooled radiator, ang kapasidad ng heat dissipation sa bawat unit volume ay nadagdagan ng 52.7%, ngunit ang pagkawala ng presyon ng hangin ay mas malaki din.
2.3 Pala tooth air-cooled radiator
Upang maunawaan ang thermal performance ng aluminum shovel-tooth radiator, ang taas ng palikpik ay 15 mm, ang haba ng palikpik ay 150 mm, ang kapal ng palikpik ay 1 mm, ang puwang ng palikpik ay 1 mm, at ang cooling air head-on. ang bilis ay 5.4 m/s.Isang shovel-tooth air-cooled radiator na may heat flux density na 2.7 W/cm2ay sumailalim sa isang pagsubok sa pagtaas ng temperatura.Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpapakita na ang temperatura ng radiator power element mounting surface ay 74.2°C, ang pagtaas ng temperatura ng radiator ay 44.8K, ang cooling air pressure loss ay 460 Pa, at ang heat dissipation sa bawat unit volume ay umaabot sa 4570 kW/m.3.
3 Konklusyon
Sa pamamagitan ng mga resulta ng pagsubok sa itaas, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring iguguhit.
(1) Ang kapasidad ng paglamig ng air-cooled radiator ay pinagsunod-sunod ayon sa mataas at mababa: shovel-tooth air-cooled radiator, plate-fin air-cooled radiator, corrugated air-cooled radiator, at straight-toothed air-cooled radiator.
(2) Ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga palikpik sa corrugated air-cooled radiator at ang straight-toothed air-cooled radiator ay medyo malaki, na may malaking epekto sa cooling capacity ng radiator.
(3) Ang natural na air-cooled radiator ay may pinakamahusay na fin spacing, na maaaring makuha sa pamamagitan ng eksperimento o teoretikal na pagkalkula.
(4) Dahil sa malakas na kapasidad ng paglamig ng shovel-tooth air-cooled radiator, maaari itong gamitin sa mga elektronikong kagamitan na may mataas na lokal na heat flux density.
Pinagmulan: Mechanical and Electrical Engineering Technology Volume 50 Isyu 06
Mga May-akda: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
disclaimer
Ang nilalaman sa itaas ay nagmula sa pampublikong impormasyon sa Internet at ginagamit lamang para sa komunikasyon at pag-aaral sa industriya.Ang artikulo ay independiyenteng opinyon ng may-akda at hindi kumakatawan sa posisyon ng DONGXU HYDRAULICS.Kung may mga problema sa nilalaman ng gawa, copyright, atbp., mangyaring makipag-ugnayan sa amin sa loob ng 30 araw ng pag-publish ng artikulong ito, at agad naming tatanggalin ang nauugnay na nilalaman.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.may tatlong subsidiary:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., atGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Ang hawak na kumpanya ngFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Parts Factory, atbp.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
atJiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
ADD: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
at No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, China
Oras ng post: Mar-27-2023