高热流密度SiC功率模块传热优化设计研究

针对新一代高压封装SiC器件功率模块功率密度更大、芯片尺寸更小的问题,文章基于一种新型复合相变散热技术,应用数值仿真和试验测试的研究方法进行传热优化设计研究。将优化设计所得的结果与外形尺寸一致的常规型材翅片散热方案进行性能对比,对比结果表明：在功率3×630 W的工况下,新型复合相变散热器相对型材翅片散热器,在相同风速条件下,温升可减小23.9～32.5 K,降幅为39.7%～61.6%;在相同风冷系统条件下,温升降幅可达到52%,并且对于相同的散热器设计温升,单个IGBT应用功率可增大约860 W,增幅约1倍,对于大功率、高热流密度散热应用发展前景广阔。     

热管--一种高效实用的散热方法

任何电子器件冷却的热电路都是由3个最基本的热阻组成的:结-壳热阻Rj-c;壳-散热器热阻Rc-s和散热器至周围介质的热阻Rs-a.为降低这些热阻的临界值,许多工程师费尽心血.文章讨论采用热管有助于降低热阻Rs-a至最小值.散热器至周围介质的热阻是由传导、对流/辐射和被加热的冷却介质形成的3个热阻组成的.典型的风冷散热器中,空气温升的热阻是通风量的直接函数,对流热阻是散热表面积的函数,传导热阻是散热器材料的热导率和几何尺寸的函数.热管能把传导损耗降至最小值,它允许加大散热表面,而且使给定风速下的流量最大,从而有效降低散热器的3个主热阻.文章讨论了能降低风冷散热器热阻的热管.     

基于Fluent的6英寸晶闸管水冷散热器设计及优化

概述了6英寸晶闸管的水冷散热系统及模型,利用Fluent软件,采用有限元分析方法和标准k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程和三维温度场模型模拟了散热器的散热过程。仿真分析了散热器台面的温度分布、流场与流动阻力、功率和流量变化时对热阻和流阻的影响。提出了散热器的优化设计方案,进行了流动与传热模拟。通过与前期试验的对比分析可知,采用Fluent仿真软件能较真实地反映水冷散热器的散热过程及内部流体的复杂流动过程,可为散热器的设计及改进提供理论依据。     

非均匀热物理场强迫风冷传热优化设计研究

针对某大功率、高热流密度梯度、非均匀热物理条件的集成模块,基于均温技术进行传热优化设计研究,应用数值仿真和试验测试的研究方法,将初始无热管方案、倒装方式均温热管方案和正装方式均温热管方案进行对比.结果表明,在相同的风速工况下,倒装方式的均温热管方案相对初始无热管方案散热器温升减小10.3～11.0 K,最大降幅达18％...     

出口机车高功率密度电源散热器的设计与优化

高功率密度电源具有功率密度高、重量轻、体积小以及便于维护的优点,近年来在出口机车上具有很高的竞争力。作为核心部件功率模块,其散热器的热稳定性直接影响了高功率密度电源的工作可靠性及功率密度的高低。文章提出了基于普通型材散热器的内嵌铜制水平热管散热解决方案,将其与普通型材散热器进行了对比,前者在散热能力上有很大的提升,能够满足所有功率器件的结温要求。     

冷却趋势:电力电子系统将依赖于散热技术

电力电子系统和器件的发展依赖于散热技术的进步.文章介绍了有关的散热器件,如散热器、热间隙垫片、热管、热扩散器、冷却板、插件集热器,以及解决散热问题的设计软件.     

电力机车牵引变流器水冷系统的热仿真分析

水冷系统是大功率交流传动电力机车牵引变流器安全可靠运行的基础。因其结构复杂,很难采用经验公式和理论计算进行准确的分析,而采用有限体积法对整个水冷系统进行仿真时需面临计算精度与计算机资源巨大的问题。通过运用FLUENT软件先对水冷系统管道内冷却介质的流动情况进行分析,再以计算得到的各水冷散热器入口平均流速为输入参数,然后对逆变模块和整流模块的水冷散热器温升情况进行研究,得到水冷系统的散热性能仿真结果。仿真方法的可行性和仿真结果的准确性得到了试验验证。研究结果可为牵引变流器水冷系统的热设计提供指导。     

地铁车辆牵引变流器的热管散热器的数值模拟

变流器采用"热管散热器+走行风冷"方式可简化柜体结构。为分析热管散热器的散热性能,利用Fluent软件分析了其流速和温度的分布特点,结果表明热管散热器在较低的车辆运行速度下仍具有较好的散热效果。实际的现场应用情况验证了仿真结果的准确性。     

热管散热器在新型变流装置中的应用

针对传统的实体铝、铜散热器已经远不能满足大容量元件散热容量要求的现状,提出采用热管散热器的新思路,并阐述了热管的结构和特点。简要介绍了我国已利用热管开发的机车用新产品,预测热管散热器将有广泛的应用前景。     

面向轨道交通车辆水冷散热系统的多功能试验台开发

水冷散热器和板翅式换热器是水冷系统中的2个核心换热部件,其热性能测试属于常规的型式试验,通常水冷散热器和板翅式换热器是在2个独立的分属不同专业试验台进行性能测试。文章针对水冷散热器和板翅式换热器测试条件的异同特点,设计了可以兼容测试水冷散热器和板翅式换热器的多功能集成式测试平台,并且可以用于水冷系统的性能测试,有助于水冷系统参数的验证。经案例验证,其冷却液流量相对误差小于1%,温度相对误差小于2%,应用案例的温升和流阻测试结果相对误差小于5%。     

大功率模块用水冷散热器的数值模拟与试验研究

通过数值模拟与试验研究相结合的方法,对某电力机车牵引变流器大功率模块水冷散热器的性能进行了研究。结果表明,不同的IGBT元件模型对散热器的温升及热阻计算影响较大,发热模块模型计算出的散热器最大热阻值与试验值最为接近,相差约6%;散热器的热阻随冷却液流量的增加而减小,但与模块功率的变化无明显的关系;压降随冷却液流量的增加而增加。     

基于均温技术的走行风冷热管散热器性能优化研究

针对传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时存在过热风险较高的现状,提出了一种可有效解决这一问题的新型热管散热器。基于均温技术,应用数值仿真和试验测试的研究方法,采用"L型"热管和均温管在原有直管热管散热器基础上进行优化,并在某地铁线上进行现场试验验证。试验结果表明,采用了"L型热管+均温管"的散热器成功解决了传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时过热问题,可适应各种工况,在确保安全稳定运行的同时,减重增效非常显著。     

基于高效扰流技术的IGBT双面冷却散热器性能优化研究

基于数值仿真和试验研究方法,对用于轨道交通变流器的液冷散热器的性能进行了研究和优化设计,并将结果与HXD1C机车、HXD2B机车当前使用的散热器对比。结果表明,通过使用高效扰流技术和4组并联的流道结构,提升了散热器换热能力并降低了流阻,使散热器台面温升比HXD2B和HXD1C机车使用的散热器分别降低37%和14.1%,流阻分别降低36.9%和22.3%;通过使用对称的双面冷却结构,使IGBT安装面的均温性得到提升,并使其占用空间比单面平铺安装减少26%。     

一种能馈变流柜强迫风冷仿真及试验验证

针对某布置有三相功率模块的中压能馈变流柜体,使用ICEPAK软件进行仿真分析,获得了柜体内的流场、温度场,并通过试验验证,揭示了该种结构下工作时流体的分布及规律。研究表明:该种串并联风道通过优化倒角设置,结合复合相变散热器及顶部抽风方式,不仅能满足IGBT散热需求,还能实现不同高度处的冷却效果相近,具体为三相模块中对应位置的IGBT温度差异不超过2K。     

CRH2型高速动车组CI用热管散热器的研制

叙述了CRH2型动车上CI用热管散热器的研制过程、产品性能特点和应用前景.对热管散热器DG7027与H1X3206进行了比较,DG7027散热性能已经达到和超过日本进口件,完成各项目的型式试验后,可实现批量生产.     

西北地区某列车整备库冬季供暖情况实测研究

对西北地区某铁路车辆段内2处列车整备库的冬季供暖状况进行实测研究。在介绍整备库采暖系统基本情况的基础上,重点分析室内热环境、末端设备运行情况及不同工况下的冷风侵入情况,并对2库的室内热环境及耗热量组成进行对比分析。测试结果表明:建筑采暖系统实际运行情况与设计工况差异较大,热风幕常开、热风机常关,室内供暖主要依靠散热器及未做保温的管道表面散热来实现;由于2库散热器性能存在差异,渗风量相差较大,2库室内热环境差异较大;大门冷风侵入使得近门区域温度较低,通过关闭大门可有效改善这一现象;2库室内垂直方向上均存在较大的温度梯度。     

笔记本热管型散热系统结构参数及特点分析

在对笔记本散热系统结构设计的相关概念进行论述的基础上,研究了笔记本散热模组的主要构成部件结构形式,对其中的热管、鳍片、散热板、散热介质以及风扇的原理等进行了详细分析。结合实际设计经验和需求,论述了笔记本热管型散热系统结构的基本参数以及对应的特点,为笔记本热管型散热系统结构设计及优化工作提供理论依据。     

青藏铁路多年冻土地区热管路基三维数值分析

考虑多年冻土中水的相变,采用有限元进行热管保护多年冻土路基效果的三维数值分析。分析结果表明,热管能大幅度降低路基土体的温度,提升路基冻土上限,增大路基抵抗外界温度变化的能力,保证路基的长期稳定。考虑路基工程所在冻土区段气候和冻土条件,研究热管的有效影响范围,得出结论:热管的有效冷却半径为1 7m左右;在年平均气温为-5 2℃,冻土年平均地温为-1 0℃以上的高温冻土区,热管埋设间距宜取2 8～3 3m,可抬升路基冻土上限0 6～0 8m;在年平均气温为-6 3℃,冻土年平均地温低于-2 0℃的低温冻土区,热管埋设间距可加大到3 3～3 8m,路基冻土上限可抬升0 8～1 2m。     

辅助逆变器散热器的数值模拟与优化设计

为使辅助逆变器散热器达到设计目的及与系统匹配最优,以某辅助逆变器散热器为研究对象,分析了散热器几何参数对热阻的影响。应用理论公式对高密度热流功率模块的散热器进行设计和优化,利用CFD软件对散热器的性能进行数值仿真模拟,根据仿真结果对散热器的参数进行优化。样机试制和试验结果显示,模拟仿真结果与试验数据基本吻合,误差在5%~8%。采用这种方法和思路来设计散热器,可以大大缩短产品研发周期和降低研发成本。     

基于反变形原理的翅片散热器工艺改进

在翅片散热器的嵌片工序中,散热器由于基板受力会出现翘曲变形、翅片间距不均匀现象,影响后续的加工和产品的热性能.为解决此问题,探索出基于刀具改进和基板油压反变形相结合的工艺,进行了相应的试验验证.试验证明:工艺改进后,散热器的散热性提高约5％,散热器的可靠性更好且散热器基板材料的力学性能基本无变化,说明了工艺改进方法的有效可行,为类似产品的加工提供了重要参考依据.