循环空气冷却式电抗器散热系统传热性能研究

发布时间：2017-08-04 17:14

  本文关键词：循环空气冷却式电抗器散热系统传热性能研究

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【摘要】：针对于某大功率变流器中的电抗器在密闭空间内高热流量的散热需求,设计了一套蒸发冷却式的循环空气冷却散热系统。并以散热系统中的电抗器散热结构以及电抗器用热管冷却模块为研究对象,对其传热性能进行了研究。本文的主要工作内容包括：(1)收集并研究国内外有关于电抗器散热结构性能以及密闭式空间内分离式热管散热装置的分析资料,了解与本课题相关的研究与应用现状；(2)了解各种电子设备冷却技术以及各自的优势和适用场合,结合所研究对象的散热特性,为研究对象确定冷却方案；(3)初步设计出电抗器散热结构,以影响该结构散热性能的因素为切入点,采用CFD软件ANSYS/ICEPAK以数值模拟的方法对电抗器散热结构进行了优化设计,并得出在同等条件下的最佳散热结构；(4)采用经工程检验的设计方法对电抗器冷却模块中的核心元件平行流换热器进行设计,根据设计结果对冷却模块中的辅助设备进行选型,制作样机,对电抗器冷却模块的传热性能进行实验研究。本文的研究结果表明：(1)通过分析所设计电抗器散热结构性能的影响因素得出：当散热器通道宽度为5mm、循环风量为800m3/h时,安装5块厚度为5mm的铜片作为导热片,并以不等间距的排列方式安装,此时,该结构散热条件最好,电抗器温升可以得到有效的控制,且温度分布均匀。(2)通过对热管冷却模块的实验数据分析得出：热管冷却模块响应时间短,稳定性较好；实验数据验证了实际蒸发器的换热能力满足设计需求。以上的研究成果也为今后电抗器以及密闭空间内电子设备的热设计提供了依据。
【关键词】：电抗器 分离式热管 密闭空间 平行流蒸发器 热设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM47
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 本课题研究背景及意义15-16
• 1.2 电抗器散热系统简介16-17
• 1.2.1 应用背景16-17
• 1.2.2 研究对象17
• 1.3 电抗器散热系统国内外研究现状17-20
• 1.3.1 电抗器的散热结构研究现状17-18
• 1.3.2 分离式热管系统研究现状18-20
• 1.4 本课题主要研究方法与内容20-22
• 1.4.1 研究方法20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第二章 电抗器散热系统传热基本原理22-29
• 2.1 电子设备热设计的理论基础22-25
• 2.1.1 电子设备热设计的技术方法22-23
• 2.1.2 相变冷却技术的优点23-24
• 2.1.3 本文所研究对象冷却方法选择24-25
• 2.2 分离式热管系统简介25-27
• 2.2.1 分离式热管系统工作原理25-26
• 2.2.2 本课题所应用分离式热管系统26-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章 电抗器散热系统初步设计29-41
• 3.1 设计的目的及技术要求29-30
• 3.1.1 散热系统工作流程简述29-30
• 3.1.2 散热系统设计技术要求30
• 3.2 传热与流动理论基础30-32
• 3.2.1 流体力学基本理论30-31
• 3.2.2 传热基本理论31-32
• 3.3 电抗器散热结构初步设计32-37
• 3.3.1 基本散热结构32-34
• 3.3.2 散热结构设计目的34-36
• 3.3.3 散热结构传热的影响因素36-37
• 3.4 电抗器用热管冷却模块初步设计37-40
• 3.4.1 冷却工质的选取38
• 3.4.2 电抗器蒸发器的性能要求38-39
• 3.4.3 蒸发器基本结构的确定39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 电抗器散热结构数值研究与优化设计41-55
• 4.1 ANSYS/ICEPAK热设计软件简介41-43
• 4.2 电抗器散热结构数值模拟43-47
• 4.2.1 建立模型并设定边界条件43-44
• 4.2.2 划分网格44-45
• 4.2.3 求解计算45-46
• 4.2.4 数值模拟结果分析46-47
• 4.3 电抗器散热结构优化设计47-54
• 4.3.1 导热片数量的确定47-48
• 4.3.2 通道尺寸的对比分析48-51
• 4.3.3 空气流量的对比分析51-52
• 4.3.4 导热片的材料与排列规律的进一步优化52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 电抗器用热管冷却模块设计与实验55-68
• 5.1 热管冷却模块的设计55-60
• 5.1.1 平行流蒸发器设计的技术要求55
• 5.1.2 平行流蒸发器初步规划55-57
• 5.1.3 平行流蒸发器设计计算57-60
• 5.2 热管冷却模块的实验研究60-67
• 5.2.1 实验研究目的60-61
• 5.2.2 热管冷却模块测试系统概述61-63
• 5.2.3 热管冷却模块实验要求63-64
• 5.2.4 热管冷却模块实验测试结果与分析64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 工作总结68
• 6.2 研究展望68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况73

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本文编号：620755