均匀试验在锅炉控制柜传热模拟中的应用.PDF

中国工程热物理学会 传热与传质学 学术会议论文 编号：133550 均匀实验在锅炉控制柜传热模拟中的应用 王成明 崔国民 王金阳 彭富裕 上海理工大学，新能源科学与工程研究所，上海，200093 Tel：021E-mail: hyqk83@163.com 摘要：研究锅炉燃烧控制柜内电子器件的热分布，对于提高锅炉控制系统的运行稳定性有着重要意义。 本文正是基于以上思想，建立了锅炉控制柜物理模型，利用计算流体力学和数值传热学的基本理论建 立其数学模型，并应用CFD 软件模拟控制柜内的流场和温度场，并研究在不同的入口流速参数条件下， 控制柜内的流场形态和温度分布。研究表明：在非对称的入口空气流速参数条件下，可以适当降低控 制柜局部最高温，改善控制柜的传热状况。为控制柜整体优化提供一些参考。 关键词：控制柜；均匀试验；数值模拟；多因素 1 前言 [1,2] 电子设备的高效散热一直是现代传热技术的主要应用之一 ，随着电子设备散热量 [3] 的增加和尺寸的减小，热设计在电子产品设计中成为越来越重要的因素 。电子器件的 [1] 失效率随温度的增加呈指数式的增加 。电子器件正常的工作温度范围一般为-5-+65 ℃， [4] 超过这个温度，元件性能将显著下降，不能稳定工作，势必也影响系统运行的可靠性 。 科学研究和实践应用表明电子元件的可靠性对温度十分敏感，器件温度在70℃-80℃水 平上每增加1℃，元件的可靠性将降低5% [5]，在系统中，单个半导体器件的温度每升高 10℃，系统的可靠性将降低50% [2] 。因此电子设备良好的热设计是保证其稳定可靠运行 的重要前提。 电子器件热设计是利用传热学的基本原理和传热技术来降低发热元器件本身的温 度，使其工作温度不超过稳定运行所要求的最高温度，保证器件长期运行的稳定行和可 靠性。虽然传热过程复杂多样，但是所有的传热过程都受到三个基本的物理规律所支配， 及质量守恒、动量守恒及能量守恒。在理论上，目前还不能求得上述三大方程的解析解。 随着最近计算机的快速发展，基于计算流体力学 （CFD ）和数值传热学为基础的数值模  [6,7] 拟在电子设计中受到越来越多的应用 。使用数值模拟可以更好的发现电子设备在运 行中可能出现的局部高温区，提前通过优化手段消除高温区的出现，保证设备长期安全 可靠的运行。 基金项目：国家自然科学基金资助项目。 作者简介：王成明(1983-) ，男，硕士研究生，从事传热强化。 崔国民(1969-) ，男，教授，博士生导师，从事过程系统优化、强化传热及工业自动化控制的研究。 本文正是基于以上思想，利用数值模拟，对锅炉控制柜内电子器件和空间区域进行 流场和温度场模拟，发现控制柜内电子器件出现的高温区域。改变入口风速，分析控制 柜内流场和温度场变化规律，为控制柜内电子器件的优化布置提供一些参考。 2 物理模型 锅炉控制柜内含有大量的发热元件，同时柜内布线复杂。为了实现控制柜内温度场 和流场的模拟，需要对控制柜内模型简化处理，将电线的发热量折合到发热器件中，将 器件的几何外形简化。经过简化的控制柜结构见图1，尺寸(L*W*H)为 1100mm*380mm*1398mm，分别有两个入风口（Inlet_L、Inlet_R ）和两个出风口（Oulet_L、 Outlet_R ），30 个内热源，各个内热源的名称及发热量见表1。 表1 发热元件名称与发热量 序号 名称