大容量电力电子装置中板式水冷散热器优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第46卷第2期机械工程学报VO1．46NO．22010年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2O10DoI：1O．3901／JME．2010．02．099大容量电力电子装置中板式水冷散热器的优化设计水揭贵生孙驰汪光森聂子玲孟庆云f海军工程大学电力电子技术研究所武汉430033)摘要：为提高水冷散热器的散热能力、控制其温度均匀性，在散热器外形尺寸及流量一定的条件下，从理论上对层流范围内平板式水冷散热器的三个通道参数(通道数、散热片高度、散热片占空比)与散热器量纲一散热热阻的变化

2、关系进行了推导。提出可根据这些变化关系来对任意尺寸平板式水冷散热器的各通道参数进行优化选择，在工程设计上具有很好的指导意义，仿真和试验结果证明了方法的有效性并表明：小通道尺寸的平板式水冷散热器对于解决大热流密度器件的散热更为有效，散热效率更高；在同样的参数情况下，流量增大则散热器效率降低，应综合考虑散热器流阻和流体平均温升的控制要求来选择流量。关键词：电力电子水冷散热器计算流体动力学优化设计中图分类号：TG156TM33OptimizationDesignofWater--cooledHeatSinkAppliedtoLarge-capacity

3、PowerElectronicEquipmentJIEGuishengSUNChiWANGGuangsenN_IEZilingMENGQingyun(InstituteofPowerElectronicsTechnology,NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033)Abstract：Inordertoenhancetheheat—transfercapabilityandcontrolthetemperatureuniformityofthewater-cooledheatsink，therelation

4、sbetweenthedimensionlessthermalresistanceandthreechannelparameters(thenumberofchannels，finheightandfindutyratiooftheheatsinkarededucedtheoreticallyinlaminarflowrangeontheconditionthattheoutlinedimensionsoftheheatsinkwithplatefinsandthefluidvolumeflowarechosenfirstly．Then，apam

5、meteroptimizingdesignmethodwithapplicationtoarbitraryheatsinkdimensionswhichisofgooddirectivesignificanceinengineeringispresentedaccordingtothesevariationrelations．Theresultsofsimulationandexperimentprovetheefectivenessofthemethodandshowthat．theheat—sinkwimsmallchannelsizesca

6、nreachhigherheat--transfereficiencyandismoreefectivetocoolthecomponentwithbigheat-fluxdensity,theheat·-transfereficiencydecreaseswiththeincreaseofvolumeflow,SOthevolumeflowshouldbeselectedreasonablywithcomprehensiveconsiderationofthecontrolrequirementsoftheheat-sinkflowresist

7、anceandfluidmetaltemperaturerise．Keywords：PowerelectronicsWater—cooledheatsinkComputationalfluiddynamics(CFD)Optimizationdesign的电压和电流耐量水平的限制，通常都采用多相多0前言电平结构并且有时还需要通过器件的串并联来满足系统电压、电流等级的要求[1-2]。考虑到器件本身电随着交通运输业和电力系统的高速发展，各种热耦合特性的影响，要求这些串并联功率器件间的MVA级大容量电力电子装置在机车电力牵引、大型温度较为均衡，并且这些

8、大容量开关器件内部通常船舶的电力推进和电厂发电机励磁系统中应运而也是由多个IGBT晶片并联构成的，在使用时其热生。其工作效率经过优化，总