动车组IGBT模块高效散热器设计

发布时间：2021-04-09 00:10

　　针对目前CRH2型高速动车机组变流器中所用的大功率IGBT模块,本文设计了4种动车组牵引变流器用高效散热器,通过应用FLUENT对设计的4种散热器模型进行CFD模拟,综合分析对比模拟结果,确定出cha-30×10为其中性能最优的散热器模型,对性能最优的模型进行二次优化,综合判定最优方案为160°折角散热器,并得到了散热器最高温度、最大热阻、压降和冷却液入口流量的关系。仿真结果表明:在入口质量流量为0.1 kg/s的工况下,cha-30×h0（160°）散热器最高温度比shun-20×10降低3 K、最大热阻减小7.8%。 

【文章来源】：制冷学报. 2020,41(06)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

散热器模型结构

图1 散热器模型结构式中:Δt1为变流器芯片外表面至散热器外壳的温差，℃;Δt2为变流器芯片与散热器的接触表面到散热器内部冷却水通道壁之间的温差，℃;Δt3为散热器内流道内表面与冷却流体边界层间的温差，即发生对流换热的温差，℃;Δt4为散热器与内部冷却流体进行对流换热后的进出口温差，℃。

图3所示为4个散热器与热源接触表面温度分布云图。由图3可知，在x轴方向上，左侧第1个热源表面温度最高，第2个热源表面温度次之，第3个热源温度相对最低，这是由于左侧两个热源热流密度比右侧两个热流密度大。此外，在y轴方向上，下方温度普遍低于上方温度，这是由于串联流道内流体温度沿程上升导致的。对比各个模型表面的最高温度均不超过90℃(即363 K)，顺排shun-20×10最高温度最高，为336.7;其次是顺排shun-30×10最高温度，为336.33 K;叉排cha-20×10最高温度为335 K;叉排cha-30×10最高温度最低，为334.2 K。从散热器表面温度分布均匀度来看，叉排cha-30×10模型的温度分布更均匀。图4所示为不同入口流量下的4个散热器表面最高温度变化趋势。由图4可知，随着入口质量流量的增加，散热器表面最高温度逐步降低，且下降趋势基本维持不变。在同一流量下的4个模型中，shun-20×10模型的表面温度最高，shun-30×10模型温度次之，cha-30×10模型的温度最低。对于同一流道宽度的模型，叉排翅片模型表面最高温度总是低于顺排翅片模型，说明翅片交叉排布的方式比顺序排布的散热性能更好。对于同一种翅片排列形式，窄流道(20×10)模型比宽流道(30×10)模型表面最高温度高，即:Tshun-20×10>Tshun-30×10,Tcha-20×10>Tcha-30×10，这是由于宽流道比窄流道的对流换热面积大，热量吸收更均匀，最高温度降低。


本文编号：3126529