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插片钎焊型换热器与型材型散热器的试验性能比

作者:jso0FLWEallfit发布时间:2019-09-22 16:11

一、前言
 
散热器广泛应用于电力、电子等行业,电力电子行业所用功率元器件散热器以前多采用铝挤压成型方法制作,由于受挤压工艺和模具的限制,散热器本身重量较重,散热片较厚,间距较大,所以要在单位体积内增加散热面积和效果相当困难。铝制插片钎焊散热器的散热片和基板分别采用板材,然后用钎焊的方法焊接在一起,工艺简单,其散热片的厚度、数量相对比较灵活,相同体积下其散热面积要远远大于型材散热器。例:某公司采用型材散热器,由于其散热效果欠佳导致整个系统的性能一直得不到提高,他们希望能在外形尺寸不变的情况下能提高散热器的性能。对此我们制作了一个外形尺寸与其相同的散热器。通过试验对比进一步证明在相同外形下插片钎焊型散热器的散热效果优于型材散热器。
 
二、试验
 
1散热性能试验
 
1.1试验用具:
 
风道:200mm×250mm L=3100mm;
 
风机:0~12米(可调);
 
加热装置:0~700W(可调);
 
温度测量装置:AX110温度记录仪,热电偶;
 
风速测量装置:热球式电风速仪QDF-28(0~5米);
 
风阻测量装置:微电脑数字压力计SYT-2000(0~300Pa);
 
气压表:YM3型空盒气压表;
 
(注:试验用插片钎焊散热器的各个参数是由经验计算得到的,在相同条件下可能不是最理想,但其效果经过计算已经比型材散热器要好)
 
1.3热阻(散热效果)试验
 
 1.4试验原理:通过测量散热器在静态和动态是各个点的温度变化来计算散热器的热阻,同时得到散热效果。
 
1.5试验步骤 
 
1.5.1记录此时室内的大气温度和大气压力。
 
1.5.2对风速仪作零位调整和满度调整。然后将风速仪探头对准来流、开关置于“断”的位置。将温度测量的十个转换开关都拨到第一状态(向上)。
 
1.5.3电热器通电,且通过调压器调压,使加热器功率达到预定的最小设定值P0。
 
1.5.4观察Tw (均温板的下平面的中心点温度,温度测量转换开关向上),当在5分钟的时间间隔内,其读数变化不超过0.4℃时,可视为系统达到热平衡。记录此时的时间、加热器的电流与电压、风速、均温板上各测温点(共10个)的温度、室温。
 
1.5.5将温度测量的十个转换开关都拨到第二状态(向下),记录各测量值。
 
1.5.6将风速仪开关拨至“零点”,电源开关拨至“通”,然后打开风机,将风速调至并稳定在预定的设定值v0,进行这一工况的测量。再加大风量测量,直至将v0的设定值全部做完。                                            
 
1.6试验结论:
 
⑴散热器热阻试验中,由散热器热阻—流速曲线(曲线由表一中得出)对比图中所示,在流速为0m/s,P=50W时,插片钎焊散热器热阻为1.010,型材散热器为1.206,增加风量后两款散热器热阻逐渐下降,最后2.5m/s时插片钎焊散热器热阻为0.310,型材散热器为0.330。在流速为0m/s,P=96W时,插片钎焊散热器热阻为0.789,型材散热器为0.958,增加风量后两款散热器热阻逐渐下降,最后2.5m/s时插片钎焊散热器热阻为0.252,型材散热器为0.284。试验说明了所选用的插片钎焊散热器的热阻无论在静态还是在动态都要比型材散热器要小。
⑵散热器散热效果试验中,由散热器底面剩余温度—流速曲线图(曲线由表一中得出)中所示,在风速为0m/s,P=50W时,型材散热器底部温度为60.3℃,插片钎焊散热器底部温度为50.5℃,同样在风逐渐加大的到2.5m/s时,型材散热器底部温度为16.5℃,插片钎焊散热器底部温度为15.5℃。在风速为0m/s,P=96W时,型材散热器底部温度为92.0℃,插片钎焊散热器底部温度为75.7℃,同样在风逐渐加大的到2.5m/s时,型材散热器底部温度为27.3℃,插片钎焊散热器底部温度为24.2℃。说明插片钎焊散热器无论在静态还是动态下散热效果就比型材散热器更优越。
 
2风阻试验
 
2.1试验用具:
 
静压差测量装置:微压差计SYT-2000 (0~0.3KPa),U型管测量仪;
 
风速测量装置:热球式电风速仪QDF-28(0~5米);
 
风道:76mm×126mm×600mm;
 
风机:0~12米(可调);
 
2.2试验原理:风从风道中流向散热器,散热器阻碍风的通过,从而在散热器进风口和出风口形成压力差,以此来判断散热器的风阻有多大。
 
2.3试验步骤
 
2.3.1对微压计作零位调整;对风速仪作零位和满度调整,并将风速仪探头对准来流,开关置于“断”的位置。
 
2.3.2将散热器放入风道内,开启风机,将风速仪开关拨至“零点”,电源开关拨至“通”;
 
2.3.3逐步加大风机风量,并记录风速仪上的流速与微压差计的数值。
 
2.3.4试验完毕后,关闭风机、风速仪及微差压计。
 
2.4试验结论:
 
由流动阻力曲线图和表二可以得出(由于风速仪测量范围是0~5米,所以风速5m/s以上都是根据实际测量的静压差来计算风速的),在5m/s以前想同的风速情况下插片钎焊散热器的静压差都比型材散热器静压差小,把风速提高可以看到,在达到相同静压差的前提下,型材散热器需要的风速明显小于插片钎焊散热器,由此可以证明插片钎焊型散热器的风阻要小于型材散热器。
 
三、试验结果
 
通过上述3个试验的结果,证明了我们初步计算得到的插片钎焊散热器的性能比型材散热器的性能更优越。此款插片钎焊散热器还有可以改进的地方,例如将节距再减小,这样虽然增加了产品的截面积但可以大大增加其散热面积;或将散热片增加厚度,原先使用的1.2mm铝板可以改用2.0mm的,这样可以减小其热阻;我们在试验中看出插片钎焊散热器散热片顶端的散热效果并不明显,这样在不影响其性能的情况能缩短散热片高度从而减小其占用空间。
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