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模塊電源風(fēng)扇旋渦對散熱的影響

2020-08-20

電源受熱的影響主要有轉(zhuǎn)換效率、電路板布局及散熱方式等方面影響,在模塊電源或電子系統(tǒng)中,通常選用風(fēng)冷冷卻這種散熱方式,因此,散熱片和軸流風(fēng)扇得到廣泛的應(yīng)用。

 

由于軸流風(fēng)扇的工作原理是通過電機(jī)工作,帶動與其相連的葉片使葉片以電機(jī)給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而在葉片的前后產(chǎn)生一定的壓差,驅(qū)動葉片周圍的空氣沿電機(jī)軸這一固定的方向進(jìn)行運(yùn)動。因此,軸流風(fēng)扇具有壓頭底、流量大等特點(diǎn)。

 

通常人們在選用軸流風(fēng)扇時(shí),也僅僅考慮了上述的幾個特點(diǎn),忽略了軸流風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)而給被迫產(chǎn)生流動的空氣造成的一系列影響。實(shí)際上,通過軸流風(fēng)扇的流體并不完全是沿電機(jī)軸這一單方向進(jìn)行運(yùn)動的,在與電機(jī)軸垂直的風(fēng)扇葉片截面上也有一速度運(yùn)動分量。因此,通過軸流風(fēng)扇驅(qū)動的流體實(shí)際上是以電機(jī)軸為軸線,向前旋轉(zhuǎn)運(yùn)動著的流動流體。

 

通過軸流風(fēng)扇出口處的流體實(shí)際上是沿軸心旋轉(zhuǎn)向前流動的流體,那么,風(fēng)扇的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向?qū)﹄娫磧?nèi)部的被冷卻區(qū)域有什么影響?

 

在模塊電源模型下,我們通過調(diào)整軸流風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向而不改變該模型網(wǎng)格的劃分,重新計(jì)算這兩個模型。待計(jì)算收斂后,通過對比在這兩種情況下電源內(nèi)部流場的變化和溫度場的截面分布,來分析風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向不同而對整個電源散熱的影響。

 

對比兩種分析結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)在該模型的分析過程中,風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向?qū)δK電源內(nèi)部的流場及溫度場的分布都有非常大的影響。從流場方面來看,由于該模型的整流橋部分尺寸比較低,PFC散熱器部分又比較高,在此種情況下風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向?qū)α鲌鲇惺诛@著的影響。在風(fēng)扇為順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),整流橋散熱器周圍的漩渦很小,流場比較通暢,有利于整流橋散熱器的散熱。然而在風(fēng)扇為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),整流橋散熱器周圍的漩渦很多,不利于整流橋散熱器的散熱。這些差異也可以通過模塊電源截面溫度場的分布得到進(jìn)一步的證實(shí)。

 

仔細(xì)觀察風(fēng)扇在不同旋轉(zhuǎn)方向下的流場動畫,我們可以看出,風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向之所以影響其后的流場分布是在于風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向決定了風(fēng)扇出口處流體呈螺旋狀流動的螺旋方向。因此,我們在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該充分利用這一現(xiàn)象,盡量避免不利于模塊電源內(nèi)部關(guān)鍵功率元器件或大損耗功率元器件散熱的布局,確保熱設(shè)計(jì)的合理性、可靠性。

 

以上的分析只適用于采用軸流風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫吹風(fēng)冷卻的場合。對于抽風(fēng)冷卻情形,由于風(fēng)扇出風(fēng)口流場的變化對其進(jìn)風(fēng)口沒有什么影響,因此風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向?qū)δK電源內(nèi)部的散熱是沒有影響的。

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