风冷式电子机箱流固耦合传热特性分析及优化

发布时间：2020-11-21 01:54

　　 随着电子行业的发展,电子器件的应用越来越广泛,逐渐向大功率、微型化方向发展。在有限的安装空间内,电子器件所产生的热量需要散热系统的传递,这就对散热系统的设计提出了更高的要求。强迫风冷散热系统因具有技术比较成熟、结构相对简单、易于安装、成本较低、安全可靠等优点,是电子设备散热方式中使用较为广泛的散热系统。本文以BKSC-42P2GS1驱动器的强迫风冷散热系统作为研究对象,结合系统模型空间有限的结构特点,通过建立轴流式风扇YM2406PTB1与IGBT模块、散热器等流固耦合一体化的模型,利用空气流场与温度场相匹配的方法,对设备散热系统的流动特性和传热特性进行了深入研究,主要研究内容如下:(1)对电子设备风冷散热系统所用轴流风扇YM2406PTB1出口截面的空气速度分布进行了分析,并对出口截面的空气流场进行了仿真,得出风扇出口截面空气的流动方向并不是沿轴向平行流出的,而是同时具有轴向速度、径向速度和圆周速度,沿出口截面旋转流出,并沿径向向外扩散。为强迫风冷系统的优化提供了参考依据。(2)根据资料提供的参数以及IGBT模块损耗产生机理进行分析,对FP25R12KT3 IGBT模块的热功耗进行分析,并分别对模块中的逆变器、制动-斩波器和整流器的各部分的损耗进行估算。建立风扇与IGBT模块、散热器等流固耦合一体化的模型,探索了流场与温度场的匹配关系,分析现有的散热系统,提出了三种对现有散热系统的优化方案,分别为液冷系统、设计风扇安装的最佳位置、散热翅片结构的优化,为整个散热系统的优化提供了参考。(3)对使用轴流式散热风扇时矩形机箱内放置的平壁的局部表面传热系数(h_x)分布规律进行了研究,结果表明,当只改变电路板竖直方向的位置时h_x分布规律也会发生改变,当电路板平行散热风扇中心轴水平放置,且电路板的长边与散热风扇中心轴平行时,沿电路板的长度方向的变化是先减小后增大的,电路板竖直方向位置的改变主要影响沿电路板宽度方向的变化规律,且随着距离轮毂中心距离的增大,电路板上元器件温度较高的位置沿电路板的宽度方向由电路板的中间位置不断向边缘移动。此研究能够为散热风扇安装位置以及电路板的热设计提供重要的依据,对电子设备的热设计具有重要的意义。(4)基于强迫风冷散热系统一体化的计算模型,在散热器整体尺寸不变的情况下,对散热器的结构进行优化设计,通过对翅片进行波浪形处理和表面开凹槽结构设计,对翅片表面传热特性和流动特性进行了研究,与原型翅片进行比较,探讨不同翅片的表面的传热特性,结果表明翅片的波浪形处理和开凹槽均能增加翅片散热面积增强散热器的传热性能,能够为热设计工作提供参考。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN03
【部分图文】：

38图 4.7 网格质量检测Figure 4.7 Grid quality detection网格质量检测结果如图 4.7 所示，表明模型是可以进行仿真计算的.1.3 边界条件设置本文设置环境温度及空气温度为 20℃，进口为大气压，出口表压为 0Pa，即准空气大气压，风扇转速为资料所给出的参数 5000RPM，湍流强度 0.5%，收敛则设为 10-5，安装墙面材质为不锈钢材。本文在仿真过程中风扇与散热器之间为稳态传热过程，设有风扇出口截面流
【参考文献】

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本文编号：2892339