Stručný přehled návrhu a výroby chladiče

Poslední aktualizace:09/01;Čas na čtení: 6 minut

Chladič

Chladič je termodynamické zařízení, které odebírá teplo z mechanických, elektrických a elektronických systémů.U různých zařízení a strojů je nezbytné udržovat teplotní rozsah v určitém limitu, aby byla zachována funkčnost tohoto zařízení nebo stroje.Zde vstupuje do hry role chladičů.Například mohutné stroje vašeho notebooku v různých průmyslových odvětvích potřebují odvádět teplo.Přemýšlejte tedy, jak široce se používá v dnešním světě technologií.Tepelné jímky odvádějí teplo jeho přenosem do regulovaného média, jako je vzduch nebo kapalina, a poté vytlačeny z přístroje a přenosového média.

Tento článek stručně projdepráce chladiče, konstrukční kroky a výrobní přístupy.

Práce chladiče

Fourierův zákon přenosu tepla, který říká, že teplo vždy proudí z vysoké teploty do nízkoteplotního média, poskytuje základ pro fungování chladiče.Zatímco zařízení produkují teplo, které je teplejší než okolní vzduch nebo kapalina, přenášejí toto teplo vedením, konvekcí nebo příležitostně zářením do chladnějšího kontaktu.

Podívejme se na vývojový diagram níže pro jasný obrázek fungování chladiče;

Vývojový diagram pro práci chladiče

·   Pasivní chladiče

Pasivní chladiče přirozeně přenášejí absorbované teplo do okolního vzduchu bez silové konvekce, jako je ventilátor nebo cirkulace vody kolem nich.Ty mají obvykle velký tvar a obsahují soustavu ploutví vystavenou vnějšímu prostředí.

·   Aktivní chladič

Aktivní chladič se skládá z přídavného ventilátoru nebo dmychadla a kapaliny nastavené tak, aby odváděla teplo jinak, než je přirozený přístup.Toto dodatečné nastavení zvyšuje proces rozptylu tepla procesem nucené konvekce.Například, když ventilátor běží, zvyšuje rychlost vzduchu a rychle přenáší teplo z chladiče do okolního prostředí.

Výpočet tepelného odporu

Při navrhování chladiče se provádí výpočet celkového tepelného odporu (R_hs) hraje zásadní roli v pochopení potenciálního výkonu a efektivity, takže se podívejme, jak je lze vypočítat;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= Celkové rozptýlené teplo

T_I= Maximální teplota přechodu zařízení při 0C.

R_th-jc= Tepelný odpor spoje k pouzdru

T_a= Teplota okolního vzduchu při⁰C.

R_I= Odolnost materiálu rozhraní

R_já= (t/d x š x K_I)

t = tloušťka materiálu rozhraní

K_I= Tepelná vodivost materiálu rozhraní

L = Délka zdroje tepla

W = šířka zdroje tepla

Návrh chladiče

Při navrhování je několik kroků.Pojďme se na každou z nich ve stručnosti podívat.

1.          Výběr materiálu

Tepelná vodivost je jednou ze základních charakteristik materiálu chladiče, protože umožňuje rychlý přenos tepla z vyhřívané součásti zařízení do jímky a okolního prostředí.

Dva primární materiály používané k výrobě chladičů jsou měď a hliníkové slitiny.Je to proto, že mají vynikající mechanické vlastnosti, jako je pevnost, odolnost proti korozi, trvanlivost a vysoká tepelná vodivost.Ačkoli je diamant (2 000 W/m/k) poměrně drahý, může být ideálním materiálem pro chladiče ve vysoce výkonných a přesných elektronických zařízeních.

Kromě elektronických částí je nezbytný odvod tepla lithium-iontové baterie.V takové situaci nemusí být měď nebo hliník optimálními materiály pro chladič.

Řešením pro řízení tepla v automobilovém průmyslu je materiál z uhlíkových vláken s báječnější vodivostí.

2.          Uspořádání ploutví a proudění vzduchu

Dalším faktorem, který ovlivňuje výkon chladiče, je chladicí médium, které významně ovlivňuje rychlost rozptylu tepla.Při stavbě chladiče jsou proto důležité aspekty, které je třeba zvážit, tvar, velikost a uspořádání žeber.Použití techniky parametrické optimalizace je nejlepší možností k nalezení ideálních hodnot parametrů, které odpovídají uvedeným omezením a dosahují cílů návrhu.

• Zlepšete prostor mezi žebry pro zlepšení proudění vzduchu a snížení tepelného odporu.

• Protože větší povrchová plocha zvyšuje přenos tepla vedením a prouděním, což napomáhá odvodu tepla, zvažte zvětšení tloušťky a výšky.

• Vytvořte menší tepelnou hraniční vrstvu a směr proudění vzduchu byl navržen v ideálním úhlu s chladičem, aby se zvýšila účinnost žeber.

• Po přípravě návrhu žeber pomocí CAD můžete simulovat scénář přenosu tepla a optimalizovat jeho účinnost.

3.          Upevnění chladiče

Způsob, jakým je dřez připojen k topnému tělesu zařízení, také ovlivňuje jeho fungování.Vyberte si nejlepší způsob připojení, který maximalizuje rychlost přenosu tepla z možností distančních vložek, plochých pružinových svorek, epoxidu a tepelné pásky.

4.          Tepelné rozhraní

Vady a drsnost povrchu chladiče hrají roli ve zvýšení tepelného odporu v důsledku poklesu tepelné kontaktní plochy a tlaku na rozhraní.K překonání tohoto problému jsou nejlepší volbou materiály tepelného rozhraní.Použití tekutých polymerů, vosku, hliníku, grafitu a pásek na povrchu chladiče a topného tělesa zařízení snižuje tepelný odpor.

5.          Simulace

Simulace návrhu je významná pro virtuální zobrazení výkonu chladiče.Počítačová simulace dává nápad na zlepšení a potvrzuje návrh, zda je vhodný pro požadované aplikace či nikoli.

Výrobní proces pro chladič

Po tepelné simulaci konstrukce chladičů je nyní připraveno k výrobě.Podívejme se podrobně na různé výrobní procesy;

1.          CNC-obrábění

Chladič vyrobený CNC obráběním

CNC obráběníje nejlepší přístup pro výrobu chladičů pro složité tvary.Tento přístup poskytuje návrhářům velkou flexibilitu.Celý blok kovu je použit k vytvoření dřezu, kde jsou požadovaná žebra vyříznuta pomocí CNC strojů a ohnuta ze základny bloku.Je to však časově náročná a finančně náročná metoda.

2.          Vytlačování

Jedním z nejběžnějších procesů výroby chladičů jevytlačování, která zahrnuje lisování horkých sochorů z tvárného materiálu do vysokopevnostní ocelové matrice za účelem vytvoření plátových žeber.Používají se pro většinu chladicích aplikací zahrnujících hliníkové chladiče.Nejpoužívanějším materiálem pro výrobu chladičů je samozřejmě hliník.

Chladič vyrobený vytlačováním 

Je to nenákladný a přímočarý postup.Chladiče lze použít v různých provozních prostředích.Kvůli omezení maximální šířky vytlačování jej však nelze použít s chladiči, které mají široká žebra.

3.          Casting

Chladič vyrobený metodou Casting

Vodléváníchladiče,hliník, měď nebo zinek jsou běžné materiály.Při tomto procesu se ingoty vybraných materiálů nejprve roztaví a pod určitým tlakem vstříknou do formy chladiče.Poté, co vstřikovaný kapalný materiál ztuhne v matrici, uvolní se a provede se další minimální obrábění, aby se odstranily jakékoli povrchové nedokonalosti.Nejlepší je získat složité tvary s vysokou mírou přesnosti.

4.          Kování za studena

Chladič vyrobený kováním za studena

Je to další vysoce přesný výrobní přístup pro chladiče vhodné pro hliník a jeho slitiny.I když je použitelný i pro měď a bronz.Kování za studena využívá extrémní tlak a deformuje kovový tvar při pokojové teplotě za účelem vytvoření kulatých a eliptických kolíků pro chladič.Kromě toho se používá k výrobě žeber s vysokou hustotou, která zlepší přenos tepla v podmínkách vysokorychlostního proudění vzduchu.

5.          3D tisk

Chladič s 3D tiskem

Vývoj 3D tisku jako metody výroby chladičů vyplynul z technologického pokroku.Technologie práškové fúze a usměrněné energetické depozice jsou dvě nejoblíbenější metody tisku chladičů.

6.          Lisování

Chladič vyrobený lisováním za studena 

Thelisovánímetoda se používá tam, kde je nutné zkonstruovat tepelné trubice uvnitř žeber.Poté se lisováním kovových pásků vyrobí žebra.V případech, kdy se používá technologie vysokorychlostního lisování, je zvláště efektivní pro hromadnou výrobu.Přesto je cena vysoká.

Závěr

Chladiče jsou nezbytné v mechanických, elektrických a elektronických zařízeních.V tomto článku jsem přiblížil podrobný proces návrhu a výroby zaměřený na elektronická zařízení.Konstrukce chladičů silně ovlivňuje rychlost rozptylu tepla, takže pro optimalizaci výkonu je zásadní dodržet každý krok návrhu.Kromě toho termální simulace po návrhu pomáhá porozumět praktickému pracovnímu scénáři a zlepšit návrh.

Zde v ProleanHubu máme designéry s více než desetiletými zkušenostmi a pokročilými výrobními jednotkami.Poskytujeme špičkové služby v oblasti navrhování a výroby chladičů.Naši strojní inženýři navíc simulují návrh, aby zlepšili funkčnost a výkon.Nakonec naše oddělení kontroly kvality monitoruje každý výrobní krok, takže nemusíte dělat kompromisy s naší kvalitou služeb, pokud potřebujete výrobu chladiče, stačíkontaktujte nás.

FAQ

Jak mohu zlepšit účinnost chladičů?

Účinnost lze zvýšit několika způsoby, včetně snížení tepelné odolnosti, optimalizace velikosti, tvaru a uspořádání žeber a zlepšení rozhraní žeber.

Jaký je nejlepší materiál pro chladiče?

Nejlepší materiály pro chladiče jsou měď a slitiny hliníku.Opět však platí, že rychlost přenosu tepla závisí na konstrukci chladiče.

Jak chladič funguje?

Chladiče jsou vyrobeny z materiálů s vysokou tepelnou vodivostí, jako je měď a hliník s žebry.Přichytí se k vyhřívaným součástem a absorbuje teplo.Poté se absorbované teplo rozptýlí do okolního prostředí vedením, prouděním nebo zářením.

Jaké jsou konstrukční kroky pro chladiče?

Zde jsou kroky;

1. Výběr materiálu
2. fixace tvaru, velikosti a uspořádání ploutví
3. Upevnění nástavce (chladič a součást zařízení)
4. Tepelné propojení žeber
5. Termální simulace CAD designu

Jaké jsou běžné výrobní postupy pro chladič?

CNC obrábění, odlévání, kování, lisování a 3D tisk jsou běžné přístupy.