鄧育鋒 戰(zhàn)乃巖 陳 昕 張雯琦

（吉林建筑大學(xué) 吉林長春）

1 引言

隨著當(dāng)今社會的快速發(fā)展，軌道交通成為更多人的出行選擇。隨著軌道交通的高速發(fā)展，各種大容量電力電子設(shè)備在機車的電力牽引系統(tǒng)中得以大量應(yīng)用[1]。在機車中，牽引變流器是實現(xiàn)電能與機械能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件[2]。其中，由IGBT晶體管組成的功率模塊是牽引變流器最主要的統(tǒng)一化元件[3]，伴隨其高頻率、大功率和高集成化的發(fā)展[4]，設(shè)備單位面積的熱流密度越來越高。因此功率器件的散熱問題已成為影響其可靠性的主要因素。

國內(nèi)學(xué)者Ding J、Tang Y T[5]采用“熱管散熱器+走行風(fēng)冷”的方式使得原先較為復(fù)雜的柜體結(jié)構(gòu)變得簡單輕便，并利用了CFD軟件Fluent分析機柜的速度從和溫度場特點，模擬結(jié)果表明，在車輛運行速度較低時，熱管散熱器仍可以滿足所需散熱效果。文章后半部分，作者列舉了散熱器實際應(yīng)用情況，該情況與仿真結(jié)果較為相近。近年來，中國學(xué)者Zhao Y H等[6]提出了平板微熱管陣列的新型相變導(dǎo)熱材料，即多個平行且彼此完全獨立的微細(xì)熱管裝配在一起，而不僅僅是帶有強化散熱的微槽的熱管，各個微細(xì)熱管間不連通，且每個微熱管內(nèi)表面可帶有微槽群等強化換熱的結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，平板微熱管陣列的熱通量可達(dá)200W/cm2。

本文將應(yīng)用平板微熱管陣列做為機車電力牽引變流器散熱的導(dǎo)熱材料，將原有的“熱管散熱器+走行風(fēng)冷”方式優(yōu)化為“平板微熱管陣列散熱器+走行風(fēng)冷”方式。提出了平板微熱管陣列散熱器的結(jié)構(gòu)模型，并使用專業(yè)熱分析軟件Icepak對散熱器溫度場模擬。在穩(wěn)態(tài)模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行瞬態(tài)模擬，確?！捌桨逦峁荜嚵猩崞?走行風(fēng)冷”方式在機車運行的任何時刻安全可靠。

2 平板微熱管陣列散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

在平板微熱管陣列散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，充分考慮了平板微熱管陣列的外形特點，其平滑的外表能夠方便地與換熱面貼合的特點，因此使用11根相同規(guī)格的平板微熱管陣列，排布在背板上，與另一側(cè)發(fā)熱源及發(fā)熱源之間的空隙分別對應(yīng)。這樣可以最大程度上增加平板微熱管陣列與背板的接觸面積。采用相同規(guī)格的平板微熱管陣列是考慮到零件的互換性。散熱器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平板微熱管陣列散熱器模型

3 結(jié)果分析

通過求解器求解，迭代至收斂。采用Icepak自帶的后處理功能查看熱源、背板、平板微熱管陣列、翅片的溫度場分布，如圖2所示。

圖2 平板微熱管陣列散熱器溫度場

從圖2可以看出，散熱器最高溫出現(xiàn)在熱源處。圖中左側(cè)為迎風(fēng)面，風(fēng)速較大，溫度較低，因此無論是熱源、背板還是平板微熱管陣列和翅片，其溫度都是從左到右逐漸升高。

4 結(jié)論

穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果表明散熱器背板平均溫度低于結(jié)溫，符合散熱要求。

[1]Chen Jianye，Wu Wenwei.Cooling technology for high power converter and its development[J].High Power Converter Technology，2010，17（1）：15～24.

[2]楊其林，劉建強，鄭瓊林.高速列車牽引變流器冷卻系統(tǒng)散熱特性研究[J].應(yīng)用裝置，2012（2）：35～39.

[3]Tian Rui.High power IGBT transistors traction converters[J].Foreign Diesel Locomotive，2011，420（6）：7～14.

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[5]丁杰.地鐵車輛牽引變流器的熱管散熱器的數(shù)值模擬[J].大功率變流技術(shù)，2012（5）：31～59.

[6]趙耀華.平板微熱管陣列及其傳熱特性[J].化工學(xué)報，2011，62（2）：336～343.