变频器散热设计(2)

2019-09-01 11:48

散热器的校核计算 换热方程式 Q热=h.A·△t·ηf

式中: Q热 电子设备的耗热,W h 总换热系数,W/m2·℃ A 有效换热面积,m2 △t 对流平均温差, ℃ ηf 换热效率

这个公式是电子设备热设计标准手册上查到的,不会有错,就看怎么理解参数了。

但中国电子科技集团公司第14研究所 夏爱清的那篇文章上的公式与之相比有点区别,摘录如下: 以下简称夏文 “Q0=hPLC·(t0-tf)

设定ηf为肋片散热效率,则实际散热量为: Q= Q0·ηf=hPLC·△t·ηf

式中,h为对流换热系数,W/m2·℃;P为肋片横截面周长,m;Lc为修正长度,m;△t为流体与壁面的温差,℃。

设定肋基温度为+80℃,用整机的高温环境温度+50℃作为进口空气温度,设定出口空气温度为+60℃ ,则:

△t=80-50=30℃ 定性温度为tf =(60+50)/2=55℃” 这里将△t=30℃,我理解为散热器铝片与环境温度差

但P.LC 不理解,肋片横截面周长*修正长度,得到的结果是什么面积呢? 回到换热公式,先来求h,总换热系数 h=λ.Nu/d

式中: h 换热系数 W/m2.℃

λ 空气的换热系数 W/m.℃ 0.029W/(m·K) Nu 努谢尔特数 d 当量直径,m 当量直径 d=4A/U

式中: A 散热片中每两个肋片围成的面积 ,m2 U 散热片中每两个肋片围成的周长,m

从图3可以看出 每两个肋片围成的尺寸是 5.2*79 d=4A/U=4*0.0052*0.079/2(0.0052+0.079)=0.00976m 下面求 努谢尔特数 Nu

要求出 努谢尔特数 Nu ,先要求出 雷诺数 Re Re=vd/ ν 式中: Re 雷诺数 v 空气流速 m/s d 当量直径 m

ν 运动粘度 18.9×10^-6m2/s

空气流速 v和风机相关,v=Q风*90%/A

Q风 风机的标称通风量 考虑到侧隙和底缝及同风量不均匀等因素,所以按90%计算

A 通风孔的面积 这个我也有疑虑,是机箱出风口面积还是进风口的面积,又或是散热器的肋板风道面积呢?夏》文中,风机是贴着板壁放置,向里吹风,所以此面积是机箱板壁进风口的面积,我的这个没有板壁阻挡,只有安全罩,向外排风的,面积应该采用哪个呢,我这里采用机箱上部出风口的孔洞面积,120*120 mm2

v=Q风*90%/A=4.2*90%/(0.12*0.12)=262.5(m/min)=4.375(m/s)

Re=vd/ ν =4.375*0.00976/18.9×10^-6=2259

由2200

L 散热器长度 m 初步定为220mm μ 动力粘度 20.1×10^-6kg/(m.s)

μ′ 为空气定性温度为+50°C时的动力粘度,19.6×10^-6 kg/(m.s)

上式是《夏》文引用的。在《电子设备手册》中,也提到到了努谢尔特数Nu计算, Re<2200 层流状态 Nu=1.86(Re.Pr.d/L)^1/3.(μ′/μ)^0.14 Re>10^4 紊流 状态 Nu=0.023Re^0.8.Pr^0.4

偏没有2200

=0.116(2259^2/3-125)*0.7^1/3[1+(0.00976/0.22)^2/3*(19.6*10^-6/20.1*10^-6)^0.14=5.5 现在可以计算对流换热系数了

h=λ.Nu/d=0.029*5.5/0.00976=16.34 (w/m2.k) 再来计算总的换热量 Q热=h.A·△t·ηf

ηf 按0.9取值,也没什么依据,有按0.95取的 A = 5.2*79*220*40*10^-6=3.615m2 Q热=16.34*3.615*30*0.9=1594 (W)

总散热量1594W,加上散热器其它表面的辐射散热和自然对流散热,完全能满足18.5kw变频器的工作需要了。

校核完毕,有点乱,还需时间整理。


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