1. Le rôle central du boîtier du dissipateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement automobile
Les moteurs de voiture généreront beaucoup de chaleur pendant le fonctionnement. S'ils ne peuvent pas être dispersés dans le temps, cela entraînera une surchauffe et échouer les pièces, et même causer des risques de sécurité. Boîtier de dissipateur de chaleur La fonction principale est d'exporter rapidement la chaleur générée par des composants clés tels que les moteurs et les boîtes de vitesses grâce à une conduction thermique et à un rayonnement thermique efficace pour maintenir le fonctionnement du système dans une plage de température sûre. Sa fonction se reflète spécifiquement dans les aspects suivants:
Premièrement, le boîtier du dissipateur de chaleur augmente la zone de dissipation thermique, accélère le débit d'air ou la circulation liquide et améliore l'efficacité de l'échange de chaleur. Par exemple, dans un moteur turbocompressé, le boîtier de dissipation de chaleur peut conduisez rapidement la température élevée du turbocompresseur au milieu de refroidissement pour éviter l'atténuation des performances causée par une surchauffe turbo.
Deuxièmement, la coquille de dissipation thermique doit avoir une bonne résistance structurelle et une bonne résistance à la corrosion pour résister aux vibrations, à l'impact et à l'érosion environnementale complexe pendant le fonctionnement de la voiture (telles que des températures élevées et basse, des taches d'huile, des substances acides et alcalines, etc.). Cela nécessite que le matériau de la coque ait non seulement une excellente conductivité thermique, mais respecte également l'équilibre entre les propriétés mécaniques et l'adaptabilité environnementale.
De plus, avec la popularité des nouveaux véhicules énergétiques, les besoins de dissipation de chaleur des moteurs et des batteries reposent également sur un boîtier de dissipateur de chaleur haute performance. Le système à trois électriques de véhicules électriques (batterie, moteur, contrôle électronique) est sensible à la température, et la coquille de dissipation thermique efficace peut assurer la durée de vie de la batterie et l'efficacité du moteur et améliorer l'endurance et la sécurité du véhicule.
2. Comparaison de la sélection des matériaux et des performances du boîtier du dissipateur thermique
Les matériaux sont à la base de la détermination des performances du boîtier du dissipateur de chaleur. Actuellement, les matériaux de coquille de dissipation de chaleur couramment utilisés dans l'industrie automobile comprennent l'alliage d'aluminium, l'alliage de cuivre, l'alliage de magnésium et les matériaux composites, et leurs caractéristiques varient considérablement:
1. ALLIAGE D'ALUMINUM: choix grand public
L'alliage d'aluminium est devenu le premier matériau de choix pour les coquilles de dissipation de chaleur automobile en raison de sa faible densité (environ 2,7 g / cm³), une excellente conductivité thermique (conductivité thermique 200-250w / (M · K)) et un traitement et une formation faciles. Par exemple, l'alliage d'aluminium 6063 a de bonnes propriétés d'extrusion et convient à la fabrication de formes complexes des ailettes de dissipation thermique; tandis que l'alliage en aluminium moulé ADC12 convient aux coquilles intégrées compactes en raison de sa bonne fluidité. De plus, la surface de l'alliage en aluminium peut améliorer la résistance à la corrosion et l'esthétique par le traitement d'anodisation, en répondant aux doubles besoins de l'automobile légers et de la fiabilité.
2. Alliage de cuivre: application de scénario de conductivité thermique élevée
La conductivité thermique des alliages de cuivre (comme le cuivre et le laiton) est aussi élevée que 380-400W / (M · K), et convient aux scénarios avec des exigences extrêmement élevées pour l'efficacité de dissipation thermique, tels que la coque de refroidissement d'huile moteur des voitures de sport haute performance ou le module de contrôle électronique électronique de haute puissance. Cependant, la densité élevée (8,9 g / cm³) et le coût élevé limitent son application dans des conceptions légères à grande échelle.
3. ALLIE DE MAGNESIUM: une nouvelle direction de poids léger
La densité de l'alliage de magnésium n'est que de 1,8 g / cm³, et c'est le matériau structurel en métal le plus léger à l'heure actuelle et a une certaine conductivité thermique (la conductivité thermique est d'environ 150 W / (M · K)). Avec l'avancement de la technologie de moulage en alliage de magnésium (comme le casting semi-solide), son application dans les coquilles de refroidissement automobile a progressivement augmenté, en particulier dans le domaine des nouveaux véhicules énergétiques, ce qui peut réduire davantage le poids du véhicule et augmenter la plage. Cependant, les alliages de magnésium ont une mauvaise résistance à la corrosion et doivent être améliorés par placage ou traitement composite.
4. Matériaux composites: l'avenir des percées de performance
Le matériau composite à base de polymère renforcé en fibre de carbone (CFRP) combine une conductivité thermique élevée et des propriétés légères, avec une conductivité thermique allant jusqu'à 100-200W / (M · K), et une densité de seulement 1,5-2,0 g / cm³. Ce type de matériau peut réaliser l'anisotropie de la conduction thermique et guider avec précision le chemin de transfert de chaleur par l'orientation des fibres de carbone. Bien que le coût soit actuellement élevé, il a un énorme potentiel d'application dans les automobiles haut de gamme et les champs aérospatiaux.
3. Concevoir les tendances et les innovations technologiques du boîtier du dissipateur de chaleur automobile
Afin de faire face aux défis du refroidissement apportés par l'intelligence et l'électrification dans l'industrie automobile, la conception du boîtier du dissipateur de chaleur se développe vers efficace, intégré et intelligent:
1. La conception bionique améliore l'efficacité de la dissipation thermique
L'imitation des structures de dissipation de chaleur dans la nature (comme les nid d'abeilles et les peaux de cactus) est devenue une nouvelle inspiration pour la conception. Par exemple, l'optimisation du trajet du débit d'air à travers la structure de la nageoire bionique peut réduire la résistance au vent tout en augmentant la zone de dissipation thermique. Des études ont montré que par rapport aux ailettes droites traditionnelles, l'efficacité de dissipation thermique des ailettes dentelées bioniques peut être augmentée de 15% à 20%, en particulier adaptée aux coquilles de dissipation de chaleur refroidies par l'air.
2. Technologie d'intégration des microcanaux
La technologie de dissipation thermique des microcanaux réalise un échange de chaleur efficace en traitant les coureurs à l'échelle des micron à l'intérieur de la coquille pour augmenter la zone de contact du milieu de refroidissement (eau ou huile). Cette technologie a été appliquée au système de gestion thermique de la batterie des véhicules électriques. La conception intégrée du boîtier du dissipateur thermique avec le boîtier de la batterie peut augmenter l'uniformité de température de la batterie de 30% et contrôler la différence de température dans ± 2 ℃.
3. Gestion de la température intelligente
Avec la vulgarisation de la technologie de l'Internet des objets (IoT), le boîtier du dissipateur de chaleur a commencé à intégrer des capteurs de température et des systèmes de contrôle intelligents. Par exemple, la température est surveillée en temps réel par un thermocouple intégré ou un capteur infrarouge, et la vitesse du ventilateur ou le débit de liquide de refroidissement est ajustée dynamiquement pour atteindre l'équilibre optimal entre l'efficacité de la dissipation thermique et la consommation d'énergie. Cette conception intelligente convient particulièrement aux modèles hybrides, et le mode de refroidissement peut être automatiquement commuté en fonction de la charge du moteur.
4. Application de la fabrication additive (impression 3D)
La technologie d'impression 3D perdus par les limites de la technologie de traitement traditionnelle et permet la conception de coureurs internes complexes et de structures poreuses. Par exemple, une coquille de dissipation de chaleur en alliage en aluminium à base de technologie sélective de fusion laser (SLM) peut obtenir un canal de refroidissement en forme. Par rapport au processus d'extrusion traditionnel, l'efficacité de dissipation thermique est augmentée de plus de 40%, tout en réduisant la consommation de matériaux de 20%.
4. Solution d'optimisation du boîtier du dissipateur de chaleur et vérification des performances
Dans les systèmes de refroidissement automobile, l'optimisation du boîtier du dissipateur de chaleur nécessite une considération complète des performances thermiques, de la résistance mécanique et du contrôle des coûts. Voici les étapes d'optimisation des clés:
1. Analyse de la simulation thermique: La simulation du champ d'écoulement thermique est effectuée via des outils CAE tels que ANSYS et Fluent, et l'espacement des nageoires, l'épaisseur et la disposition des coureurs sont optimisés pour assurer une distribution de température uniforme. Par exemple, après que la coquille de refroidissement du moteur d'un certain modèle de véhicule est optimisée par simulation, la température maximale est réduite de 12 ℃ et la densité du flux de chaleur est augmentée de 25%.
2. Dans une conception légère, une optimisation topologique est nécessaire pour conserver les matériaux dans les zones clés de contrainte et les zones non portées creux pour obtenir le rapport optimal de résistance et de poids.
3. Association du processus: sélectionnez la technologie de traitement appropriée en fonction des caractéristiques matérielles. Par exemple, le processus d'extrusion en alliage en aluminium convient à la production de masse de coquilles de dissipation de chaleur en forme régulière, tandis que le processus de casting de la matrice est plus adapté aux structures de cavité complexes; Pour les besoins de personnalisation des petits lots, l'impression 3D ou le traitement CNC est plus flexible.
4. Test de performance: Vérifiez les performances réelles de la coquille de dissipation de chaleur par le biais des tests en soufflerie, des tests de cycle thermique, etc. Les indicateurs clés incluent la résistance thermique (RTH), la puissance de dissipation de chaleur (Q), la chute de tension (ΔP), etc., et il est nécessaire de garantir que tous les paramètres répondent aux étalons de conception du véhicule.
Dans le contexte de la transition de l'industrie automobile à efficace et à l'électrification, le boîtier du dissipateur de chaleur, en tant que composant central du système de refroidissement, améliore ses performances est crucial pour la fiabilité et l'efficacité énergétique de l'ensemble du véhicule. À l'avenir, avec l'avancement de la science des matériaux et de la technologie de fabrication, une coquille de dissipation thermique avec une conductivité et une intelligence thermique légères et élevées deviendra le courant dominant de l'industrie. Les entreprises doivent continuer à prêter attention aux tendances technologiques et à créer des solutions de dissipation de chaleur qui répondent aux besoins de la prochaine génération d'automobiles grâce à l'innovation matérielle, à l'optimisation de la conception et aux mises à niveau des processus, et à prendre les devants dans la concurrence féroce du marché.
