Con la creciente integración, complejidad e inteligencia de los equipos de energía, la cantidad de componentes aumenta constantemente y la densidad de potencia de los componentes también mejora significativamente.
Cuando la densidad de flujo de calor del radiador supera los 0,1 W/㎡, el enfriamiento por aire ordinario ya no puede satisfacer los requisitos de disipación de calor y la mayoría de las soluciones utilizan enfriamiento por líquido para la disipación de calor. En comparación con el enfriamiento por aire y el autoenfriamiento tradicionales, el enfriamiento por líquido tiene las ventajas de una gran capacidad de transporte de calor, sellado y prevención del polvo, y un uso flexible, y se usa ampliamente en la disipación de calor de productos eléctricos.
El principio de funcionamiento del enfriamiento por líquido es eliminar el calor emitido por los componentes electrónicos de alta potencia dispuestos en la superficie de la placa enfriada por líquido mediante el refrigerante que fluye a través de los canales de flujo procesados dentro de la placa, logrando así la disipación de calor de todo el equipo. Como componente principal del sistema de enfriamiento por líquido, el rendimiento de disipación de calor de la placa de enfriamiento por líquido determina directamente el rendimiento general del sistema de enfriamiento.
Este artículo probó y analizó tres canales de flujo de placas enfriadas por líquido comunes a través de experimentos, y comparó las capacidades de disipación de calor de placas enfriadas por líquido con aletas, placas enfriadas por líquido cilíndricas y placas enfriadas por líquido con tubos de cobre integrados.
1. Modelo de diseño y parámetros relacionados de la placa de refrigeración líquida.
En este artículo se diseñan tres tipos de placas de refrigeración líquida: placa de refrigeración líquida con aletas, placa de refrigeración líquida con aletas cilíndricas y placa de refrigeración líquida con tubo de cobre integrado. Las dimensiones externas de la placa de refrigeración líquida son 300 mm × 227 mm × 22 mm y el material es aleación de aluminio 6063.
Según la experiencia en ingeniería, el espesor de las aletas con aletas es generalmente de 1,5 a 3 mm. Teniendo en cuenta que el mecanizado es demasiado fino y que la soldadura al vacío requiere un cierto espesor de aletas para conectarse con la placa de cubierta trasera, se elige un espesor de aletas de 2 mm. Para evitar una resistencia excesiva al flujo, el espaciado neto de las aletas se establece en 3 mm (generalmente, un espaciado de dientes de 1:1 se considera el límite de la densidad de aletas).
Según la experiencia de ingeniería, la altura de las aletas es generalmente de 5 a 10 mm. Teniendo en cuenta que cuanto más cortas sean las aletas, menor será la sección transversal del flujo, mayor será la velocidad del flujo y mayor la resistencia al flujo, dentro de un rango de diseño razonable, la altura de las aletas se establece en 8 mm.
El diámetro del cilindro es generalmente de 3 a 5 mm según la experiencia de ingeniería. Teniendo en cuenta que la parte más estrecha del ancho del canal es de solo 20 mm, para garantizar que haya dos cilindros en la dirección del ancho del canal estrecho, el diámetro del cilindro está diseñado para ser de 3 mm. La distancia mínima libre entre cilindros se establece en 3 mm y la altura de la columna también se establece en 8 mm.
La placa de refrigeración líquida con tubo de cobre integrado adopta un tubo de cobre con un diámetro exterior de 10 mm y un espesor de pared de 1 mm integrado en la placa de refrigeración líquida y luego se aplana y se fija. Se coloca un adhesivo de resina epoxi entre el tubo de cobre y la placa de refrigeración líquida para reducir la resistencia térmica de contacto.
Dimensiones de estructuras de placas de refrigeración líquida con aletas y cilíndricas
Dimensiones de estructuras de placas de refrigeración líquida con tubos de cobre integrados
Canal de flujo interno de placa de refrigeración líquida con aletas
Canal de flujo interno de placa de refrigeración líquida cilíndrica
El espesor del sustrato de la placa fría enfriada por líquido está diseñado uniformemente para ser de 10 mm, lo que puede reducir completamente la resistencia térmica de difusión y evitar que los tornillos se rompan a través del canal de agua.
La distribución de la fuente de calor de la placa refrigerada por líquido se muestra a continuación. La placa de refrigeración refrigerada por líquido consta de 5 módulos que generan calor y están dispuestos uniformemente en el canal de flujo. Hay dos módulos IGBT encima de la placa refrigerada por líquido, cada uno con un consumo de calor de 600 W; hay tres módulos de diodos debajo, cada uno con un consumo de calor de 200 W y un consumo de calor total de 1800 W. Para mejorar la resistencia térmica de contacto, se rellena con grasa térmica entre el módulo de calentamiento y la placa de refrigeración por líquido.
sistema de medición
El sistema de medición principal de este banco de pruebas se muestra en la siguiente figura, incluyendo medición de flujo, medición de presión y medición de temperatura.
La disposición de los puntos de medición de temperatura se muestra en la figura. Se dispusieron un total de 8 puntos de medición de temperatura para este experimento. Entre ellos, T1 a T6 están dispuestos en la placa de enfriamiento de líquido, y los otros dos puntos se utilizan para medir las temperaturas de fluido de entrada y salida, que están dispuestos respectivamente en las válvulas de tres vías de los manómetros de entrada y salida. La razón por la que los puntos de temperatura para medir la entrada y salida de agua están dispuestos aquí, separados de la placa de enfriamiento de líquido, es principalmente para evitar que se vean afectados por el sistema de calentamiento en la placa de enfriamiento de líquido.
Pruebas y análisis de datos
Se probaron tres tipos de placas refrigeradas por líquido y se obtuvieron datos de prueba como se muestra en las Tablas 1, 2 y 3.
A través del análisis de los datos de prueba, se encontró que bajo las mismas condiciones de caudal y temperatura de entrada, la temperatura en cada punto de medición de temperatura de la placa de enfriamiento de líquido con aletas es la más baja, seguida por la placa de enfriamiento de líquido cilíndrica, y la placa de enfriamiento de líquido de tubo de cobre integrado tiene la temperatura más alta.
La temperatura promedio de la placa de enfriamiento de líquido cilíndrica es 2,5 grados más alta que la de la placa de enfriamiento de líquido con aletas, la temperatura promedio de la placa de enfriamiento de líquido con tubo de cobre incorporado es 8,5 grados más alta que la de la placa de enfriamiento de líquido con aletas, y la temperatura promedio de la placa de enfriamiento de líquido con tubo de cobre incorporado es 6 grados más alta que la de la placa de enfriamiento de líquido cilíndrica.
Tabla 1 Datos de prueba de la placa de enfriamiento de líquido con aletas
Tabla 2 Datos de prueba de la placa de enfriamiento de líquido cilíndrica
Tabla 3 Datos de prueba de la placa de enfriamiento de líquido con tubo de cobre integrado
conclusión
En este artículo se probaron tres placas refrigeradas por líquido comunes: placas refrigeradas por líquido con aletas, placas refrigeradas por líquido cilíndricas y placas refrigeradas por líquido con tubos de cobre integrados, a través de experimentos.
Después de analizar los datos de prueba, se encontró que, bajo las mismas condiciones de funcionamiento, la placa enfriada por líquido con aletas tuvo la temperatura de prueba más baja y el mejor efecto de disipación de calor; La placa de enfriamiento de líquido cilíndrica es la segunda, con una temperatura promedio 2,5 grados más alta que la de la placa de enfriamiento de líquido con aletas; La placa de enfriamiento de líquido tipo tubo de cobre tiene la temperatura de prueba más alta y el peor efecto de disipación de calor, con una temperatura promedio 8,5 grados más alta que la de la placa de enfriamiento de líquido tipo aletas.
Aunque el efecto de disipación de calor de la placa de refrigeración líquida con tubo integrado es deficiente, su costo de procesamiento es el más bajo entre estos tres tipos de placas de refrigeración líquida. Bajo la premisa de tolerancia de diseño térmico, el uso de la placa de refrigeración líquida con tubo integrado de cobre puede reducir los costos.
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