trừu tượng
Nhằm đáp ứng yêu cầu tản nhiệt của các thiết bị điện tử công suất, công nghệ trao đổi nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí để làm mát chúng đã được nghiên cứu chuyên sâu.Theo đặc điểm cấu trúc và yêu cầu kỹ thuật của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí để làm mát thiết bị điện, các thử nghiệm hiệu suất nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí với các cấu trúc khác nhau được thực hiện và phần mềm tính toán mô phỏng được sử dụng để xác minh phụ trợ.Cuối cùng, với cùng kết quả kiểm tra độ tăng nhiệt độ, các đặc tính của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí có cấu trúc khác nhau về tổn thất áp suất, tản nhiệt trên một đơn vị thể tích và độ đồng đều nhiệt độ của bề mặt lắp đặt thiết bị điện đã được so sánh.Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo cho việc thiết kế bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí có cấu trúc tương tự.
Từ khóa:bộ tản nhiệt;làm mát không khí;hiệu suất nhiệt;mật độ dòng nhiệt
0 Lời nói đầu
Với sự phát triển khoa học của khoa học và công nghệ điện tử công suất, việc ứng dụng các thiết bị điện tử công suất ngày càng mở rộng.Yếu tố quyết định tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị điện tử là hiệu suất của chính thiết bị và nhiệt độ hoạt động của thiết bị điện tử, tức là khả năng truyền nhiệt của bộ tản nhiệt dùng để tản nhiệt từ thiết bị điện tử.Hiện nay, trong các thiết bị điện tử công suất có mật độ dòng nhiệt nhỏ hơn 4 W/cm2, hầu hết các hệ thống làm mát làm mát bằng không khí đều được sử dụng.tản nhiệt.
Zhang Liangjuan và cộng sự.đã sử dụng FloTHERM để tiến hành mô phỏng nhiệt của các mô-đun làm mát bằng không khí và xác minh độ tin cậy của kết quả mô phỏng bằng kết quả kiểm tra thực nghiệm, đồng thời kiểm tra hiệu suất tản nhiệt của các tấm lạnh khác nhau.
Yang Jingshan đã chọn ba bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí điển hình (nghĩa là bộ tản nhiệt dạng thẳng, bộ tản nhiệt kênh hình chữ nhật chứa đầy bọt kim loại và bộ tản nhiệt dạng vây hướng tâm) làm đối tượng nghiên cứu và sử dụng phần mềm CFD để nâng cao khả năng truyền nhiệt của bộ tản nhiệt.Và tối ưu hóa hiệu suất toàn diện của dòng chảy và truyền nhiệt.
Wang Changchang và những người khác đã sử dụng phần mềm mô phỏng tản nhiệt FLoTHERM để mô phỏng và tính toán hiệu suất tản nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí, kết hợp với dữ liệu thực nghiệm để phân tích so sánh và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số như tốc độ gió làm mát, mật độ răng và chiều cao về hiệu suất tản nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí.
Thiệu Cường và cộng sự.phân tích ngắn gọn thể tích không khí tham chiếu cần thiết để làm mát không khí cưỡng bức bằng cách lấy bộ tản nhiệt có vây hình chữ nhật làm ví dụ;dựa trên dạng kết cấu của bộ tản nhiệt và các nguyên lý cơ học chất lỏng đã rút ra công thức tính sức cản gió của ống dẫn khí làm mát;kết hợp với phân tích ngắn gọn về đường cong đặc tính PQ của quạt, có thể nhanh chóng thu được điểm làm việc thực tế và lượng không khí thông gió của quạt.
Pan Shujie đã chọn bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí để nghiên cứu và giải thích ngắn gọn các bước tính toán tản nhiệt, lựa chọn bộ tản nhiệt, tính toán tản nhiệt làm mát bằng không khí và lựa chọn quạt trong thiết kế tản nhiệt, đồng thời hoàn thành thiết kế tản nhiệt làm mát bằng không khí đơn giản.Sử dụng phần mềm mô phỏng nhiệt ICEPAK, Liu Wei et al.đã tiến hành phân tích so sánh hai phương pháp thiết kế giảm trọng lượng cho bộ tản nhiệt (tăng khoảng cách vây và giảm chiều cao vây).Bài báo này giới thiệu cấu trúc và hiệu suất tản nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng profile, răng thuổng và dạng tấm tương ứng.
1 Cấu trúc tản nhiệt làm mát bằng không khí
1.1 Máy tản nhiệt làm mát bằng không khí thông dụng
Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí thông thường được hình thành bằng cách xử lý kim loại và không khí làm mát chảy qua bộ tản nhiệt để tản nhiệt của thiết bị điện tử ra môi trường khí quyển.Trong số các vật liệu kim loại thông thường, bạc có độ dẫn nhiệt cao nhất là 420 W/m*K, nhưng đắt tiền;
Độ dẫn nhiệt của đồng là 383 W/m· K, tương đối gần bằng bạc nhưng công nghệ gia công phức tạp, giá thành cao và trọng lượng tương đối nặng;
Độ dẫn nhiệt của hợp kim nhôm 6063 là 201 W/m · K. Nó rẻ, có đặc tính xử lý tốt, xử lý bề mặt dễ dàng và hiệu suất chi phí cao.
Vì vậy, chất liệu của các bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí phổ thông hiện nay thường sử dụng hợp kim nhôm này.Hình 1 cho thấy hai tản nhiệt làm mát bằng không khí phổ biến.Các phương pháp xử lý bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí thường được sử dụng chủ yếu bao gồm:
(1) Vẽ và tạo hình hợp kim nhôm, diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích có thể đạt khoảng 300 m2/m3và các phương pháp làm mát là làm mát tự nhiên và làm mát thông gió cưỡng bức;
(2) Tản nhiệt và chất nền được dát lại với nhau, tản nhiệt và chất nền có thể được kết nối bằng cách tán đinh, liên kết nhựa epoxy, hàn đồng, hàn và các quá trình khác.Ngoài ra, chất liệu của đế cũng có thể là hợp kim đồng.Diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích có thể đạt khoảng 500 m2/m3, phương pháp làm mát là làm mát tự nhiên và làm mát thông gió cưỡng bức;
(3) Tạo hình răng xẻng, loại tản nhiệt này có thể loại bỏ điện trở nhiệt giữa tản nhiệt và đế, khoảng cách giữa tản nhiệt có thể nhỏ hơn 1,0 mm và diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích có thể đạt khoảng 2 500 tôi2/m3.Phương pháp xử lý được thể hiện trong Hình 2 và phương pháp làm mát là làm mát bằng không khí cưỡng bức.
Hình 1. Tản nhiệt làm mát bằng không khí thường được sử dụng
Hình 2. Phương pháp gia công bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng xẻng
1.2 Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm
Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm là một loại bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí được xử lý bằng cách hàn nhiều bộ phận.Nó chủ yếu bao gồm ba phần như tản nhiệt, tấm sườn và tấm đế.Cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 3. Các cánh tản nhiệt có thể sử dụng các cánh tản nhiệt phẳng, các cánh tản nhiệt sóng, các cánh tản nhiệt so le và các cấu trúc khác.Xem xét quá trình hàn của các sườn, vật liệu nhôm 3 series được lựa chọn cho các gân, tản nhiệt và đế để đảm bảo khả năng hàn của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm.Diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm có thể đạt khoảng 650 m2/m3, và các phương pháp làm mát là làm mát tự nhiên và làm mát thông gió cưỡng bức.
Hình 3. Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm
2 Hiệu suất nhiệt của các bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí khác nhauv
2.1Thông thường bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí đã qua sử dụng
2.1.1 Tản nhiệt tự nhiên
Các bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí thường được sử dụng chủ yếu làm mát các thiết bị điện tử bằng cách làm mát tự nhiên và hiệu suất tản nhiệt của chúng chủ yếu phụ thuộc vào độ dày của cánh tản nhiệt, bước của cánh tản nhiệt, chiều cao của cánh tản nhiệt và chiều dài của cánh tản nhiệt dọc theo hướng luồng không khí làm mát.Để tản nhiệt tự nhiên, diện tích tản nhiệt hiệu quả càng lớn thì càng tốt.Cách trực tiếp nhất là giảm khoảng cách vây và tăng số lượng vây, nhưng khoảng cách giữa các vây đủ nhỏ để ảnh hưởng đến lớp biên của đối lưu tự nhiên.Khi các lớp ranh giới của các thành vây liền kề hội tụ lại, tốc độ không khí giữa các vây sẽ giảm mạnh và hiệu ứng tản nhiệt cũng giảm mạnh.Thông qua tính toán mô phỏng và phát hiện thử nghiệm hiệu suất nhiệt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí, khi chiều dài cánh tản nhiệt là 100 mm và mật độ dòng nhiệt là 0,1 W/cm2, hiệu ứng tản nhiệt của các khoảng cách vây khác nhau được thể hiện trong Hình 4. Khoảng cách màng tốt nhất là khoảng 8,0 mm.Nếu chiều dài của các cánh tản nhiệt tăng lên thì khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt tối ưu sẽ lớn hơn.
Hình 4.Mối quan hệ giữa nhiệt độ cơ chất và khoảng cách vây
2.1.2 Làm mát đối lưu cưỡng bức
Các thông số cấu trúc của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng sóng là chiều cao cánh 98 mm, chiều dài cánh 400 mm, độ dày cánh 4 mm, khoảng cách cánh 4 mm và vận tốc trực diện của không khí làm mát 8 m/s.Một bộ tản nhiệt dạng sóng làm mát bằng không khí có mật độ dòng nhiệt 2,38 W/cm2đã được thử nghiệm độ tăng nhiệt độ.Kết quả thử nghiệm cho thấy mức tăng nhiệt độ của bộ tản nhiệt là 45 K, tổn thất áp suất của không khí làm mát là 110 Pa và tản nhiệt trên một đơn vị thể tích là 245 kW/m23.Ngoài ra, độ đồng đều của bề mặt lắp bộ phận nguồn kém và chênh lệch nhiệt độ của nó đạt khoảng 10 ° C.Hiện nay, để giải quyết vấn đề này, các ống dẫn nhiệt bằng đồng thường được chôn trên bề mặt lắp đặt của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí, để độ đồng đều nhiệt độ của bề mặt lắp đặt bộ phận nguồn có thể được cải thiện đáng kể theo hướng đặt ống dẫn nhiệt, và hiệu ứng không rõ ràng theo hướng dọc.Nếu sử dụng công nghệ buồng hơi trong đế, độ đồng đều nhiệt độ tổng thể của bề mặt lắp bộ phận nguồn có thể được kiểm soát trong phạm vi 3 ° C và mức tăng nhiệt độ của tản nhiệt cũng có thể giảm ở một mức độ nhất định.Mẫu thử này có thể giảm nhiệt độ khoảng 3°C.
Sử dụng phần mềm tính toán mô phỏng nhiệt, trong cùng điều kiện bên ngoài, việc tính toán mô phỏng cánh tản nhiệt dạng sóng và răng thẳng được thực hiện và kết quả được thể hiện trên Hình 5. Nhiệt độ bề mặt lắp đặt của thiết bị điện có làm mát bằng răng thẳng cánh tản nhiệt là 153,5 °C, và cánh tản nhiệt dạng sóng là 133,5 °C.Do đó, khả năng làm mát của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng sóng tốt hơn so với bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng thẳng, nhưng độ đồng đều nhiệt độ của thân vây của cả hai tương đối kém, điều này ảnh hưởng lớn hơn đến hiệu suất làm mát của bộ tản nhiệt.
Hình.5.Trường nhiệt độ của vây thẳng và sóng
2.2 Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm
Các thông số cấu trúc của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm như sau: chiều cao của bộ phận thông gió là 100 mm, chiều dài của các cánh tản nhiệt là 240 mm, khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt là 4 mm, tốc độ dòng chảy trực diện của không khí làm mát là 8 m/s và mật độ dòng nhiệt là 4,81 W/cm2.Nhiệt độ tăng lên là 45°C, tổn thất áp suất không khí làm mát là 460 Pa và tản nhiệt trên một đơn vị thể tích là 374 kW/m23.So với bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng sóng, công suất tản nhiệt trên một đơn vị thể tích tăng 52,7% nhưng tổn thất áp suất không khí cũng lớn hơn.
2.3 Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng xẻng
Để hiểu được hiệu suất nhiệt của bộ tản nhiệt răng xẻng bằng nhôm, chiều cao vây là 15 mm, chiều dài vây là 150 mm, độ dày vây là 1 mm, khoảng cách giữa các vây là 1 mm và luồng không khí làm mát trực diện vận tốc là 5,4 m/s.Một bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí có răng xẻng với mật độ dòng nhiệt 2,7 W/cm2đã được thử nghiệm độ tăng nhiệt độ.Kết quả thử nghiệm cho thấy nhiệt độ của bề mặt lắp bộ phận nguồn của bộ tản nhiệt là 74,2°C, mức tăng nhiệt độ của bộ tản nhiệt là 44,8K, tổn thất áp suất không khí làm mát là 460 Pa và mức tiêu tán nhiệt trên một đơn vị thể tích đạt 4570 kW/m3.
3. Kết luận
Qua kết quả kiểm tra trên có thể rút ra những kết luận sau.
(1) Công suất làm mát của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí được phân loại theo cao và thấp: bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng xẻng, bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng tấm, bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng sóng và bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng thẳng.
(2) Chênh lệch nhiệt độ giữa các cánh tản nhiệt trong bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí dạng sóng và bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí răng thẳng tương đối lớn, điều này ảnh hưởng lớn đến khả năng làm mát của bộ tản nhiệt.
(3) Bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí tự nhiên có khoảng cách vây tốt nhất, có thể đạt được bằng thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết.
(4) Do khả năng làm mát mạnh mẽ của bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí có răng xẻng nên nó có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử có mật độ dòng nhiệt cục bộ cao.
Nguồn: Công nghệ cơ điện Tập 50 Số 06
Các tác giả: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
từ chối trách nhiệm
Nội dung trên được lấy từ thông tin công khai trên Internet và chỉ dùng để liên lạc, học tập trong ngành.Bài viết là ý kiến độc lập của tác giả và không thể hiện quan điểm của DONGXU HYDRAULICS.Nếu có vấn đề về nội dung tác phẩm, bản quyền, v.v., vui lòng liên hệ với chúng tôi trong vòng 30 ngày kể từ ngày xuất bản bài viết này và chúng tôi sẽ xóa nội dung liên quan ngay lập tức.
Công ty TNHH Máy thủy lực Phật Sơn Nam Hải Dongxucó ba công ty con:Công ty TNHH Công nghệ Chất lỏng Helike Giang Tô, Công ty TNHH Truyền tải Chất lỏng Kaidun Quảng Đông, VàCông ty TNHH Vật liệu tản nhiệt Bokade Quảng Đông
Công ty cổ phần củaCông ty TNHH Máy thủy lực Phật Sơn Nam Hải Dongxu: Nhà máy phụ tùng thủy lực số 3 Ninh Ba Fenghua, vân vân.
Công ty TNHH Máy thủy lực Phật Sơn Nam Hải Dongxu
&Công ty TNHH Công nghệ Chất lỏng Helike Giang Tô
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
THÊM: Tòa nhà nhà máy 5, Khu C3, Cơ sở công nghiệp Xingguangyuan, Đường Nam Yanjiang, Phố Luocun, Quận Nam Hải, Thành phố Phật Sơn, Tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc 528226
& Số 7 đường Xingye, Khu tập trung công nghiệp Zhuxi, thị trấn Zhoutie, thành phố Yixing, tỉnh Giang Tô, Trung Quốc
Thời gian đăng: 27-03-2023