电磁炮的线圈散热
yzd2024/12/07电磁炮 IP:浙江
关键词
散热


首先,我们了解散热的重要性 这个想必大家都知道,简短带过

电磁炮在工作过程中,线圈中有强大的电流通过。根据焦耳定律,线圈会产生大量的热。如果热量不能及时散发出去,会导致线圈温度过高。

高温可能会引起一系列问题。首先,它会使线圈的电阻增大,进一步增加能量损耗和产热。其次,过高的温度可能会损坏线圈的绝缘材料,导致短路等故障,影响电磁炮的正常工作和使用寿命。

以下给出几种散热方式

1.风冷散热

风冷是一种较为简单直接的散热方式。它通过在电磁炮线圈附近安装风扇,将冷空气吹向线圈,带走热量。这种方式的优点是结构简单、成本较低。例如,一些小型电磁装置或者对散热要求不高的电磁炮原型机可以采用风冷散热。

不过,风冷散热的效率相对有限。当电磁炮速射频率较高、产热功率较大时,风冷散热可能需要极高的温差来达到热平衡。而且,风扇自身也会消耗一定的能量,并且可能会引入灰尘等杂质,对设备产生不利影响。

当然,可以通过增大接触面积的方式加强散热,也就是通过线圈以外的散热片散热。

2.液冷散热

液冷散热是一种高效的散热方式。通常是利用冷却液(如水、乙二醇等)在线圈周围的冷却管道中循环流动。冷却液的比热容较大,能够吸收大量的热量,并且可以通过热交换器将热量传递出去。

例如,在一些高性能的电磁炮设计中,会采用复杂的液冷系统。冷却液从储存罐流出,通过管道围绕线圈布置,吸收线圈产生的热量后,流到热交换器。在热交换器中,冷却液的热量被传递给外界的冷却介质(如空气或者另一种温度更低的液体),从而降低温度后再循环回到线圈周围的管道继续散热。这种方式散热效率高,能够适应高功率、速射电磁炮的散热需求。

但是冷却液及散热附属模块会导致额外的质量及体积增加,降低“便携程度”。另外冷却液的导热率通常不高,除非使用金属如汞。(没见过人用,仅提出观点想法,实践靠大家)再者如果冷却液泄露,容易导致电路损毁。而且,该系统较为复杂,贯穿整个枪体维修极为麻烦。

3.热管散热

热管是一种具有高导热性能的装置。它主要由管壳、吸液芯和蒸汽通道组成。在电磁炮线圈散热中,热管的一端与线圈紧密接触,线圈产生的热量使热管这一端的液体蒸发,蒸汽通过热管内部的通道扩散到另一端。

在另一端,蒸汽遇冷会凝结成液体,然后通过吸液芯的毛细作用再回到蒸发端。这样不断循环,将热量从线圈传递到热管的另一端,再通过散热片等方式将热量散发到周围环境中。热管散热的优点是可以在较小的温差下实现高效的热传递,并且可以根据电磁炮的结构灵活布置。

相信大家再看到“通过增大接触面积的方式加强散热”时已经考虑到感应电流的问题,它会产生一个与线圈磁场相反的磁场,从而削弱线圈磁场。热管也有相同的问题,甚至更严重,相当于在线圈外套了一个铜管。

4.相变散热

相变散热主要是利用物质在相变过程中吸收或释放大量潜热的特性来实现散热。当物质从固态变为液态或者从液态变为气态时,会吸收热量,而且这个吸收热量的过程温度基本保持不变。当线圈温度升高时,相变材料吸收热量发生相变,例如从固态变为液态,在这个过程中吸收大量的热量,从而有效地吸收线圈的发热。而且由于相变过程温度相对稳定,能够将线圈温度控制在相变温度附近,避免温度过高。在一些特殊环境,如

但是,非金属相变材料的导热率普遍不高,金属相变材料会有3中的感应电流问题,着实令人头疼。

5.其他材料散热

陶瓷类

氮化铝(AlN):具有优良的热导率,其理论热导率可达 320 W/(m・K),实际产品的热导率也能达到 170-230 W/(m・K) 左右 。

氧化铝(Al₂O₃):热导率相对氮化铝略低,一般在 20-30 W/(m・K) 之间,但因其成本较低、制备工艺成熟,在电子、电气领域仍有广泛应用。

氮化硼(BN):有立方氮化硼和六方氮化硼等多种晶型,其中六方氮化硼具有较高的热导率和优异的电绝缘性能,热导率在 30-60 W/(m・K) 之间。

碳化硅(SiC):导热系数很高,通常在 120-490 W/(m・K) 之间。且有市售散热片的成熟工艺作为模板。

高分子复合材料类(实际上导热率并不高)表达了朱自清对父亲的深深思念

导热硅胶片:主要成分是硅胶,通过添加高导热性的填料,如氧化铝、氮化硼等,来提高其导热性能,导热系数一般在 1-10 W/(m・K) 之间,具有柔软、压缩性强等特点。

导热胶:也是一种常见的高分子复合材料,由聚合物基体和导热填料组成,其导热系数通常在 0.5-5 W/(m・K) 之间,具有良好的粘附性和灵活性,可用于填充不规则表面,使发热元件与散热部件之间实现良好的热传导,同时保证电气绝缘.

导热灌封胶:一般用于对电子元件进行封装和保护,在提供导热性能的同时,还能防止水汽、灰尘等进入元件内部,其导热系数约为 0.5-3 W/(m・K)。

其他材料

金刚石:金刚石是自然界中热导率最高的材料之一,其热导率高达 2000 W/(m・K) 左右,远远高于金属材料,同时它也是电的绝缘体。然而,天然金刚石成本高昂,限制了其大规模应用。

综合多方面考虑,氮化铝,氧化铝,氮化硼,碳化硅等陶瓷复合材料较为有可行性。注意,这些都是为了防止涡流削弱原磁场。

混合式散热

将几种散热方式结合起来,优势互补。

我的想法是使用碳化硅与线圈紧密接触,再使用强制风冷加大对流散热。

(文中有很多‘神奇’想法,希望大家多多批评指教!)


来自:物理高能技术 / 电磁炮
4
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~~空空如也
yzd 作者
14天14时前 IP:浙江
940197

第一次发到电波了……


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信仰は儚き人間の為に
14天14时前 IP:广东
940198

朱自清想破头也没想明白什么是电磁炮,和自己父亲又有什么关系。


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lzz
7天0时前 IP:上海
940377

还是要根据具体工况具体分析吧,你要先算一下线圈的温升再看看有没有必要去用散热,我在网上看没有人在给线圈散热的,或许是连发速度比较慢,线圈平均发热功率很低,再有就是你电容能量都用完了线圈还没热起来,充电的时候直接自然散热就好了,还有就是你提的有那么几个散热方案比如碳化硅等陶瓷散热,目前来讲很不现实,有股子ai味儿


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三水合番
6天12时前 修改于 6天12时前 IP:中国
940388

这篇帖子把所有热管理相关的概念都用“散热”这一个词统称了,容易造成混淆。

应当区分“散热”,“导热”,“储热”。

散热是把热量从系统内部转移到系统外部,比如转移到空气中,辐射到宇宙里。

导热是把热量从系统中的某一部分,传导到另一部分,但热量还在系统内部。

储热是把热量存储在系统内部,日后慢慢再散,或者留作他用。


顶楼里的五个关键点的名字,在明确区分概念后,应该分别改作:

1. 风冷散热

2. 液冷导热

3. 热管导热

4. 相变储热

5. 其他材料导热


线圈炮的发热比较均匀,所以对导热的需求并不高。这和电脑CPU之类的场合很不一样,不会有那种1cm2面积上发热100w的情况。

但是便携连发线圈炮的总发热量大,且往往需要适应恶劣工作环境。所以需要更多的关注储热和散热。

从物理单位的角度说就是,不用太关注 W/(m*K),但要关注 CFM(用公制单位是 L/s)

,以及 J/(g*K) 和 J/g


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