Una breu revisió sobre el disseny i la fabricació de dissipadors de calor
Última actualització:09/01;Temps de lectura: 6 minuts
Dissipador de calor
Un dissipador de calor és un dispositiu termodinàmic que elimina la calor dels sistemes mecànics, elèctrics i electrònics.En diversos dispositius i màquines, és essencial mantenir el rang de temperatura dins d'un límit específic per mantenir la funcionalitat d'aquest dispositiu o màquina.Aquí entra en joc el paper dels dissipadors de calor.Per exemple, la gran maquinària del vostre ordinador portàtil en diferents indústries ha de dissipar la seva calor.Així doncs, penseu en quina extensió s'utilitza en el món de la tecnologia actual.Els dissipadors de calor dissipen la calor transferint-la a un medi regulat, com l'aire o el líquid, després expulsat de l'aparell i del medi de transferència.
Aquest article repassarà breumentfuncionament del dissipador de calor, passos de disseny i enfocaments de fabricació.
Funcionament del dissipador de calor
La llei de Fourier de les transferències de calor, que estableix que la calor sempre flueix d'una temperatura alta a un medi de baixa temperatura, proporciona la base del funcionament d'un dissipador de calor.Mentre que els dispositius produeixen calor, que és més calenta que l'aire o el líquid que l'envolta, la transfereixen per conducció, convecció o, ocasionalment, per radiació a un contacte més fresc.
Mirem el diagrama de flux següent per obtenir una imatge clara del funcionament del dissipador de calor;
Diagrama de flux per treballar el dissipador de calor
· Dissipadors de calor passius
Els dissipadors de calor passius transfereixen de manera natural la calor absorbida a l'aire ambient sense força de convecció, com ara un ventilador o circulació d'aigua al seu voltant.Aquests solen ser de forma gran i contenen una matriu d'aletes exposada a l'entorn exterior.
· Dissipador de calor actiu
El dissipador de calor actiu consisteix en el ventilador o el ventilador addicional i el líquid configurat per eliminar la calor diferent de l'enfocament natural.Aquesta configuració addicional augmenta el procés de dissipació de calor mitjançant el procés de convecció forçada.Per exemple, quan el ventilador funciona, augmenta la velocitat de l'aire i transfereix ràpidament la calor del dissipador de calor a l'ambient que l'envolta.
Càlcul de la resistència tèrmica
Durant el disseny d'un dissipador de calor, el càlcul de la resistència tèrmica total (Rhs) té un paper vital per entendre el rendiment i l'eficiència potencials, així que anem a veure com es pot calcular;
Rhs= (Tj-Ta/P) – (Rth-jc) - RI
P= Calor total dissipada
TI= Temperatura màxima d'unió del dispositiu a 0C.
Rth-jc= Resistència tèrmica de la unió a la caixa
Ta= Temperatura de l'aire ambient a0C.
RI= Resistència del material de la interfície
Rjo= (t/L x A x KI)
t = gruix del material de la interfície
KI= Conductivitat tèrmica del material de la interfície
L = Longitud de la font de calor
W = Amplada de la font de calor
Disseny del dissipador de calor
Hi ha diversos passos en el disseny.Fem una ullada a cadascun d'ells en breu.
1. Selecció de material
La conductivitat tèrmica és una de les característiques essencials d'un material dissipador de calor perquè permet la transmissió ràpida de la calor des d'un component del dispositiu escalfat a l'aigüera i al medi ambient.
Els dos materials primaris utilitzats per fer dissipadors de calor són els aliatges de coure i alumini.Això es deu al fet que tenen excel·lents qualitats mecàniques com la força, la resistència a la corrosió, la durabilitat i l'alta conductivitat tèrmica.Tanmateix, tot i que és bastant car, el diamant (2.000 W/m/k) pot ser el material ideal per als dissipadors de calor en dispositius electrònics d'alt rendiment i precisió.
A més de les peces electròniques, les bateries d'ió de liti produeixen dissipació de calor és necessària.En aquesta situació, és possible que el coure o l'alumini no siguin els materials òptims per al dissipador de calor.
La solució de la indústria de l'automoció per a la gestió de la calor és un material de fibra de carboni de conductivitat més fabulosa.
2. Disposició de les aletes i flux d'aire
Un altre factor que afecta el rendiment del dissipador de calor és el medi refrigerant, que afecta significativament la velocitat de dissipació de la calor.Per tant, quan es construeix un dissipador de calor, la forma, la mida i la disposició de les aletes són aspectes importants a tenir en compte.L'ús de la tècnica d'optimització paramètrica és la millor opció per trobar els valors dels paràmetres ideals per coincidir amb les restriccions indicades i assolir els objectius de disseny.
- Millora l'espai entre les aletes per millorar el flux d'aire i reduir la resistència tèrmica.
- Com que una superfície més gran augmenta la transferència de calor per conducció i convecció, ajudant a la dissipació de la calor, considereu augmentar el gruix i l'alçada.
- Creeu una capa límit tèrmica més petita i la direcció del flux d'aire es va dissenyar en un angle ideal amb el dissipador de calor per augmentar l'eficiència de l'aleta.
- Després de preparar el disseny de les aletes amb CAD, podeu simular l'escenari de transferència de calor per optimitzar-ne l'eficiència.
3. Col·locació del dissipador de calor
La manera com la pica està connectada a l'element de calefacció del dispositiu també afecta el seu bon funcionament.Trieu el millor mètode de connexió que maximitzi la velocitat de transmissió de calor dels separadors, clips de molla plans, epoxi i opcions de cinta tèrmica.
4. Interfície tèrmica
Els defectes i la rugositat superficial del dissipador de calor tenen un paper en l'augment de la resistència tèrmica a causa d'una disminució de l'àrea de contacte tèrmic i la pressió de la interfície.Per superar aquest problema, els materials d'interfície tèrmica són la millor opció.L'ús de polímers líquids, cera, alumini, grafit i cintes a la superfície del dissipador de calor i l'element de calefacció dels dispositius redueix la resistència tèrmica.
5. Simulació
La simulació del disseny és important per veure virtualment el rendiment del dissipador de calor.Simulació per ordinador dóna la idea de la millora i confirma el disseny si és apte per a les aplicacions requerides o no.
Procés de fabricació del dissipador de calor
Després de simular tèrmicament el disseny dels dissipadors de calor, ara s'ha convertit en producció.Vegem amb detall els diferents processos de fabricació;
1. Mecanitzat CNC
Dissipador de calor fet amb mecanitzat CNC
Mecanitzat CNCés el millor enfocament per a la fabricació de dissipadors de calor per a formes complexes.Aquest enfocament dóna molta flexibilitat als dissenyadors.S'utilitza un bloc sencer de metall per crear l'aigüera on les aletes necessàries es tallen amb les màquines CNC i es dobleguen des de la base del bloc.No obstant això, és un mètode que requereix molt de temps i un cost elevat.
2. Extrusió
Un dels processos més comuns per produir dissipadors de calor ésextrusió, que consisteix a prémer palanxes calentes de material dúctil en matriu d'acer d'alta resistència per crear aletes de placa.S'utilitzen per a la majoria d'aplicacions de refrigeració que impliquen dissipadors de calor d'alumini.Per descomptat, l'alumini és el material més utilitzat per a la producció de dissipadors de calor.
Dissipador de calor fet amb extrusió
És un procediment senzill i econòmic.Els dissipadors de calor es poden utilitzar en una varietat d'entorns operatius.Tanmateix, a causa de la restricció màxima d'amplada d'extrusió, no es pot utilitzar amb dissipadors de calor que tinguin aletes amples.
3. Càsting
Dissipador de calor fet amb Casting
En elfosade dissipador de calor,alumini, coure o zinc són els materials habituals.En aquest procés, primer es fonen els lingots de materials seleccionats i s'injecten a la matriu del dissipador de calor amb certa pressió.Després que el material líquid injectat es solidifiqui a la matriu, s'allibera i es realitza un mecanitzat mínim per eliminar qualsevol imperfecció de la superfície.El millor és obtenir formes complexes amb un alt grau de precisió.
4. Forja en fred
Dissipador de calor fet amb forja en fred
És un altre enfocament de fabricació d'alta precisió per als dissipadors de calor adequats per a l'alumini i els seus aliatges.Tot i que, també és aplicable al coure i al bronze.La forja en fred utilitza una pressió extrema i deforma la forma del metall a temperatura ambient per crear agulles rodones i el·líptiques per al dissipador de calor.A més, s'utilitza per produir aletes amb alta densitat, que millorarà la transferència de calor en condicions de flux d'aire d'alta velocitat.
5. Impressió 3D
Dissipador de calor imprès en 3D
El desenvolupament de la impressió 3D com a mètode per produir dissipadors de calor va ser el resultat del progrés tecnològic.Les tecnologies de fusió en llit de pols i deposició d'energia dirigida són els dos mètodes més populars en la impressió de dissipadors de calor.
6. Estampació
Dissipador de calor fet amb estampació en fred
ElestampacióEl mètode s'utilitza quan és necessari construir els tubs de calor dins de les aletes.Després, pressionant les tires metàl·liques, es produeixen les aletes.En els casos en què s'utilitza la tecnologia d'estampació d'alta velocitat, és especialment eficaç per a la fabricació en massa.No obstant això, el preu és alt.
Conclusió
Els dissipadors de calor són essencials en dispositius mecànics, elèctrics i electrònics.En aquest article, he fet una visió general del procés detallat de disseny i fabricació centrat en dispositius electrònics.El disseny dels dissipadors de calor influeix molt en la taxa de dissipació de calor, de manera que cada pas de disseny és crucial a seguir per optimitzar el rendiment.A més, la simulació tèrmica després del disseny ajuda a entendre l'escenari de treball pràctic i millorar el disseny.
Aquí a ProleanHub tenim dissenyadors amb més d'una dècada d'experiència i unitats de fabricació avançades.Oferim serveis de disseny i fabricació de dissipadors de calor de primer nivell.A més, els nostres enginyers mecànics simulen el Disseny per millorar la funcionalitat i el rendiment.Finalment, el nostre departament de control de qualitat supervisa cada pas de fabricació, de manera que no haureu de comprometre la nostra qualitat de servei, si necessiteu la fabricació de dissipadors de calor, noméscontacteu amb nosaltres.
Preguntes freqüents
Com puc millorar l'eficiència dels dissipadors de calor?
L'eficiència es pot augmentar de diverses maneres, inclosa la disminució de la resistència a la calor, l'optimització de la mida, la forma i la disposició de l'aleta i la millora de la interfície de l'aleta.
Quin és el millor material per als dissipadors de calor?
Els millors materials per als dissipadors de calor són els aliatges de coure i alumini.De nou, però, la taxa de transferència de calor depèn del disseny del dissipador de calor.
Com funciona el dissipador de calor?
Els dissipadors de calor estan fets de materials d'alta conductivitat tèrmica com el coure i l'alumini amb aletes.S'uneix als components escalfats i absorbeix la calor.Aleshores, la calor absorbida es dissipa a l'ambient que l'envolta per conducció, convecció o radiació.
Quins són els passos de disseny dels dissipadors de calor?
Aquí teniu els passos;
- Selecció de material
- fixació de la forma, la mida i la disposició de les aletes
- Fixació de l'accessori (dissipador de calor i component del dispositiu)
- Interfície tèrmica d'aletes
- Simulació tèrmica del disseny CAD
Quins són els enfocaments de fabricació habituals per al dissipador de calor?
El mecanitzat CNC, la fosa, la forja, l'estampació i la impressió 3D són enfocaments habituals.
Hora de publicació: 15-jul-2022