Кратък преглед на дизайна и производството на радиатор

Последна актуализация:09/01;Време за четене: 6 минути

Система за охлаждане

Радиаторът е термодинамично устройство, което премахва топлината от механични, електрически и електронни системи.При различни устройства и машини е от съществено значение температурният диапазон да се поддържа в определена граница, за да се поддържа функционалността на това устройство или машина.Тук ролята на радиаторите влиза в игра.Например, тежките машини на вашия лаптоп в различни индустрии трябва да разсейват топлината си.Така че помислете колко широко се използва в днешния свят на технологиите.Радиаторите разсейват топлината, като я прехвърлят към регулирана среда, като въздух или течност, след което се изхвърлят от апарата и пренасящата среда.

Тази статия ще разгледа накраткоработа на радиатор, етапи на проектиране и производствени подходи.

Работа на радиатора

Законът на Фурие за преноса на топлина, който гласи, че топлината винаги преминава от среда с висока температура към среда с ниска температура, осигурява основата за това как функционира радиаторът.Докато устройствата произвеждат топлина, която е по-гореща от околния въздух или течност, те пренасят тази топлина чрез проводимост, конвекция или понякога излъчване към по-хладен контакт.

Нека погледнем блок-схемата по-долу за ясна картина на работата на радиатора;

Блок-схема за работа на радиатор

·   Пасивни радиатори

Пасивните радиатори естествено пренасят абсорбираната топлина към околния въздух без силова конвекция, като вентилатор или циркулация на вода около тях.Те обикновено са с голяма форма и съдържат редица перки, изложени на външната среда.

·   Активен радиатор

Активният радиатор се състои от допълнителен вентилатор или вентилатор и течност, настроена за отстраняване на топлината, различна от естествения подход.Тази допълнителна настройка увеличава процеса на разсейване на топлината чрез процеса на принудителна конвекция.Например, когато вентилаторът работи, той увеличава скоростта на въздуха и бързо пренася топлината от радиатора към околната среда.

Изчисляване на топлинно съпротивление

По време на проектирането на радиатор, изчисляването на общото термично съпротивление (R_hs) играе жизненоважна роля за разбирането на потенциалната производителност и ефективност, така че нека видим как може да се изчисли;

R_hs= (Т_j-T_a/P) – (R_th-jc) – Р_I

P= Общо разсеяна топлина

T_I= Максимална температура на свързване на устройството при 0C.

R_th-jc= Термично съпротивление на връзката към корпуса

T_a= Температура на околния въздух при⁰C.

R_I= Устойчивост на интерфейсния материал

R_аз= (t/L x W x K_I)

t = дебелина на интерфейсния материал

K_I=Топлопроводимост на интерфейсния материал

L = Дължина на източника на топлина

W = Ширина на източника на топлина

Дизайн на радиатора

Има няколко стъпки в проектирането.Нека да разгледаме накратко всеки от тях.

1.          Избор на материал

Топлинната проводимост е една от съществените характеристики на материала за радиатор, тъй като позволява бързо предаване на топлина от нагрят компонент на устройството към мивката и околната среда.

Двата основни материала, използвани за направата на радиатори, са медни и алуминиеви сплави.Това е така, защото те имат отлични механични качества като здравина, устойчивост на корозия, издръжливост и висока топлопроводимост.Въпреки това, въпреки че е доста скъп, диамантът (2000 W/m/k) може да бъде идеалният материал за радиатори във високопроизводителни и прецизни електронни устройства.

В допълнение към частите на електрониката, литиево-йонните батерии произвеждат необходимото разсейване на топлината.В такава ситуация медта или алуминият може да не са оптималните материали за радиатора.

Решението на автомобилната индустрия за управление на топлината е материал от въглеродни влакна с по-страхотна проводимост.

2.          Разположение на перките и въздушен поток

Друг фактор, който влияе върху работата на радиатора, е охлаждащата среда, която значително влияе върху скоростта на разсейване на топлината.Следователно, когато изграждате радиатор, формата, размерът и разположението на перките са важни аспекти, които трябва да се имат предвид.Използването на техниката за параметрична оптимизация е най-добрият вариант за намиране на идеалните стойности на параметрите, които да съответстват на посочените ограничения и да постигнат целите на дизайна.

• Подобрете пространството между перките, за да подобрите въздушния поток и да намалите термичното съпротивление.

• Тъй като по-голямата повърхност увеличава проводимостта и преноса на топлина чрез конвекция, подпомагайки разсейването на топлината, помислете за увеличаване на дебелината и височината.

• Създайте по-малък термичен граничен слой и посоката на въздушния поток е проектирана под идеален ъгъл спрямо радиатора, за да се увеличи ефективността на перките.

• След като подготвите дизайна на перките с CAD, можете да симулирате сценария за пренос на топлина, за да оптимизирате неговата ефективност.

3.          Прикрепване на радиатор

Начинът, по който мивката е свързана с нагревателния елемент на устройството, също влияе върху това колко добре работи.Изберете най-добрия метод на свързване, който максимизира скоростта на предаване на топлина от опциите за дистанционни елементи, плоски пружинни скоби, епоксидна смола и термична лента.

4.          Термичен интерфейс

Дефектите и грапавостта на повърхността на радиатора играят роля за увеличаване на термичното съпротивление поради намаляване на термичната контактна площ и налягането на повърхността.За да се преодолее този проблем, материалите за термичен интерфейс са най-добрият избор.Използването на течни полимери, восък, алуминий, графит и ленти върху повърхността на радиатора и нагревателния елемент на устройствата намалява термичното съпротивление.

5.          Симулация

Симулацията на дизайна е важна, за да се види виртуално работата на радиатора.Компютърната симулация дава идеята за подобрението и потвърждава дизайна дали е подходящ за необходимите приложения или не.

Производствен процес за радиатор

След термично симулиране на дизайна на радиаторите, сега е насочено към производство.Нека да видим различните производствени процеси в детайли;

1.          CNC-обработка

Радиатор, изработен с CNC обработка

CNC обработкае най-добрият подход за производство на радиатор за сложни форми.Този подход дава голяма гъвкавост на дизайнерите.Цял метален блок се използва за създаване на мивката, където необходимите перки се изрязват с CNC машини и се огъват от основата на блока.Това обаче е времеемък и скъп метод.

2.          Екструзия

Един от най-разпространените процеси за производство на радиатори еекструзия, което включва пресоване на горещи заготовки от пластичен материал в матрица от високоякостна стомана за създаване на плочи.Те се използват за повечето приложения за охлаждане, включващи алуминиеви радиатори.Разбира се, алуминият е най-широко използваният материал за производство на радиатори.

Радиатор, направен с екструзия 

Това е евтина и лесна процедура.Радиаторите могат да се използват в различни работни среди.Въпреки това, поради ограничението за максимална ширина на екструдиране, той не може да се използва с радиатори, които имат широки перки.

3.          Кастинг

Радиатор, направен с отливка

Вкастингна радиатор,алуминий, мед или цинк са обичайните материали.В този процес слитъците от избрани материали първо се стопяват и се инжектират в матрицата на радиатора с известно налягане.След като инжектираният течен материал се втвърди в матрицата, той се освобождава и се извършва допълнителна минимална механична обработка, за да се елиминират всякакви повърхностни несъвършенства.Най-добре е да се получат сложни форми с висока степен на точност.

4.          Студено коване

Радиатор, изработен със студено коване

Това е друг високопрецизен производствен подход за радиаторите, подходящи за алуминий и неговите сплави.Въпреки това, той е приложим и за мед и бронз.Студеното коване използва екстремно налягане и деформира металната форма при стайна температура, за да създаде кръгли и елипсовидни щифтове за радиатора.Освен това се използва за производство на перки с висока плътност, което ще подобри преноса на топлина при условия на високоскоростен въздушен поток.

5.          3D печат

3D отпечатан радиатор

Развитието на 3D печата като метод за производство на радиатори е резултат от технологичния прогрес.Технологиите за сливане на прахово легло и насочено отлагане на енергия са двата най-популярни метода при печат на радиатори.

6.          Щамповане

Радиатор, направен със студено щамповане 

TheщампованеМетодът се използва, когато е необходимо да се конструират топлинни тръби вътре в ребрата.След това чрез натискане на металните ленти се произвеждат перките.В случаите, когато се използва технология за високоскоростно щамповане, тя е особено ефективна за масово производство.Въпреки това цената е висока.

Заключение

Радиаторите са от съществено значение в механичните, електрическите и електронните устройства.В тази статия направих преглед на подробния процес на проектиране и производство, фокусирани върху електронни устройства.Дизайнът на радиаторите силно влияе върху скоростта на разсейване на топлината, така че всяка стъпка на проектиране е от решаващо значение за оптимизиране на производителността.Освен това термичната симулация след проектиране помага да се разбере практическият работен сценарий и да се подобри дизайнът.

Тук, в ProleanHub, имаме дизайнери с повече от десетилетие опит и усъвършенствани производствени единици.Ние предлагаме първокласни услуги за проектиране и производство на радиатори.Освен това нашите инженери по механика симулират дизайна, за да подобрят функционалността и производителността.И накрая, нашият отдел за контрол на качеството наблюдава всяка производствена стъпка, така че не е нужно да правите компромис с нашето качество на услугата, ако имате нужда от производство на радиатори, простосвържете се с нас.

ЧЗВ

Как мога да подобря ефективността на радиаторите?

Ефективността може да бъде увеличена по няколко начина, включително намаляване на устойчивостта на топлина, оптимизиране на размера, формата и разположението на перките и подобряване на интерфейса на перките.

Кой е най-добрият материал за радиатори?

Най-добрите материали за радиатори са медни и алуминиеви сплави.Отново обаче скоростта на пренос на топлина зависи от дизайна на радиатора.

Как работи радиаторът?

Радиаторите са направени от материали с висока топлопроводимост като мед и алуминий с перки.Той се прикрепя към нагретите компоненти и абсорбира топлината.След това абсорбираната топлина се разсейва в околната среда чрез проводимост, конвекция или радиация.

Какви са стъпките за проектиране на радиатори?

Ето стъпките;

1. Избор на материал
2. фиксиране на формата, размера и разположението на перките
3. Фиксиране на приставка (радиатор и компонент на устройството)
4. Термично свързване на перките
5. Термична симулация на CAD дизайн

Какви са общите производствени подходи за радиатора?

CNC обработка, леене, коване, щамповане и 3D печат са често срещани подходи.