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高压变频器的散热器选择与性能研究

作　者: 董赫伦
导　师: 纪俊红
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 热能工程
关键词: 散热器变频器 CFD 换热效率温度场
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 58次
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内容摘要

散热器是变频器冷却系统中最重要的部件之一，对变频器的安全稳定运行有着重大影响。由于变频器逐渐采用驱动的交流化，功率变换器的高频化等技术，其单位体积所散出的热量（发热密度）愈来愈高。变频器的冷却问题成为影响其发展的瓶颈。本文对高压变频器的散热器的性能进行研究、旨在提高变频器的散热性能和冷却能力。本文基于CFD方法进行了变频器散热器的性能仿真。对Harsvert-A06/300型2500KW高压变频器内的功率单元热损耗的计算，并根据所得的热损耗选择两种不同型式的散热器，对所选择的直肋散热器和针状散热器进行数值模拟，分析了这两种不同肋型的散热器的散热性能。通过对直肋型散热器与针状散热器进行数值模拟，得出直肋片，针状肋的流场，温度场和换热效率曲线。利用模拟与实验数据分析了两种肋型散热器的性能。通过实验验证了模拟的正确性。通过模拟与实验得到的结果得出以下结论，(1)直肋型散热器的功率模块最高温度为352K，高度方向速度不均匀，速度盲区较大，有效散热面积减小，散热效果不佳。(2)针状散热器的功率模块最高温度为345K，散热器内部速度均匀，速度盲区较小，湍流强度大，换热明显。(3)通过改变肋间距，肋片高度，最终将肋片间距确定在6~7mm,肋片高度确定在70mm~80mm时，速度盲区最小，效率最高。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-18
  1.1 高压变频器散热部件的研究背景与意义  11
  1.2 变频器的散热器国内外研究现状  11-13
  1.3 散热技术分类  13-15
    1.3.1 空气自然对流冷却技术  13
    1.3.2 空气强迫对流冷却技术  13
    1.3.3 液体冷却技术  13-14
    1.3.4 热管冷却技术  14-15
    1.3.5 热电冷却技术  15
  1.4 本文的研究内容与技术路线  15-18
2 功率模块的散热计算及散热器选择  18-28
  2.1 功率单元的热损耗计算  18-21
  2.2 散热器选择及校核  21-26
    2.2.1 计算热阻及散热器的选择  22-24
    2.2.2 散热器校核  24-26
  2.3 风机风量的计算  26
  2.4 针状散热器的模型简要分析  26-28
3 CFD 计算流体力学理论基础  28-49
  3.1 CFD 技术概况  28-34
    3.1.1 前处理器  28-29
    3.1.2 求解器  29
    3.1.3 后处理器  29-30
    3.1.4 Fluent 软件基本情况  30-32
    3.1.5 Fluent 计算的一般步骤  32-34
  3.2 CFD 计算流体力数学控制方程  34-37
    3.2.1 质量守恒方程  34-35
    3.2.2 动量守恒方程  35-36
    3.2.3 能量守恒方程  36-37
  3.3 湍流的数值模拟方法  37-42
    3.3.1 湍流概述  37-42
  3.4 Fluent 的数值求解方法  42-45
    3.4.1 离散方法  42-44
    3.4.2 求解算法  44-45
  3.5 Fluent 的初始条件和边界条件  45-49
    3.5.1 初始条件  45
    3.5.2 边界条件  45-49
4 GAMBIT 建模及 FLUENT 三维模拟计算过程  49-56
  4.1 网格划分  49-52
  4.2 FLUENT 对模型的控制  52-55
    4.2.1 对三维计算模型进行简化  52-54
    4.2.2 求解器的选择  54
    4.2.3 操作环境及边界条件的确定  54-55
  4.3 迭代结果  55-56
5 结果与分析  56-71
  5.1 直肋型散热器流场分析  56-58
  5.2 直肋型散热器温度场分析  58-61
  5.3 针状散热器流场分析  61-64
  5.4 针状散热器温度场分析  64-66
  5.5 两模型间的对比  66-68
    5.5.1 流场的对比  66-67
    5.5.2 温度场的对比  67-68
  5.6 效率分析  68-71
6 实验验证  71-79
  6.1 实验原理  71-72
  6.2 热电偶测温原理及常用热电偶类型  72-73
    6.2.1 热电效应  72
    6.2.2 热电偶类型  72-73
  6.3 温度采集与处理系统简介  73-74
    6.3.1 系统的硬件  73-74
  6.4 散热器  74-75
  6.5 实验的操作  75-76
  6.6 模拟与实验对比  76-79
7 总结与展望  79-81
参考文献  81-84
作者简历  84-86
学位论文数据集  86-87

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