Μια σύντομη ανασκόπηση σχετικά με το σχεδιασμό και την κατασκευή ψυκτών θερμότητας

Τελευταία ενημέρωση:09/01;Χρόνος ανάγνωσης: 6 λεπτά

Ψύκτρα

Η ψύκτρα είναι μια θερμοδυναμική συσκευή που αφαιρεί τη θερμότητα από μηχανικά, ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα.Σε διάφορες συσκευές και μηχανήματα, είναι απαραίτητο να διατηρείται το εύρος θερμοκρασίας εντός ενός συγκεκριμένου ορίου για να διατηρηθεί η λειτουργικότητα αυτής της συσκευής ή μηχανής.Εδώ παίζει ρόλο ο ρόλος της ψύκτρας.Για παράδειγμα, τα βαριά μηχανήματα του φορητού υπολογιστή σας σε διάφορες βιομηχανίες πρέπει να διαχέουν τη θερμότητά τους.Σκεφτείτε λοιπόν πόσο ευρέως χρησιμοποιείται στον σημερινό κόσμο της τεχνολογίας.Οι ψύκτρες θερμότητας διαχέουν τη θερμότητα μεταφέροντάς τη σε ένα ρυθμιζόμενο μέσο, ​​όπως αέρα ή υγρό, και στη συνέχεια αποβάλλονται από τη συσκευή και το μέσο μεταφοράς.

Αυτό το άρθρο θα αναλύσει εν συντομίαεργασία ψύκτρας, βήματα σχεδιασμού και προσεγγίσεις κατασκευής.

Εργασία ψύκτρας

Ο νόμος Fourier για τις μεταφορές θερμότητας, ο οποίος δηλώνει ότι η θερμότητα ρέει πάντα από μια υψηλή θερμοκρασία σε ένα μέσο χαμηλής θερμοκρασίας, παρέχει τη βάση για το πώς λειτουργεί μια ψύκτρα.Ενώ οι συσκευές παράγουν θερμότητα, η οποία είναι θερμότερη από τον περιβάλλοντα αέρα ή υγρό, μεταφέρουν αυτή τη θερμότητα με αγωγιμότητα, μεταφορά ή περιστασιακά ακτινοβολία σε μια πιο ψυχρή επαφή.

Ας δούμε το παρακάτω διάγραμμα ροής για μια σαφή εικόνα της λειτουργίας της ψύκτρας.

Διάγραμμα ροής για εργασία ψύκτρας

·   Παθητικοί απαγωγείς θερμότητας

Οι παθητικές απαγωγείς θερμότητας μεταφέρουν φυσικά την απορροφούμενη θερμότητα στον αέρα του περιβάλλοντος χωρίς μεταφορά δύναμης, όπως ανεμιστήρα ή κυκλοφορία νερού γύρω τους.Αυτά είναι συνήθως μεγάλα σε σχήμα και περιέχουν μια σειρά πτερυγίων εκτεθειμένη στο εξωτερικό περιβάλλον.

·   Ενεργή ψύκτρα

Η ενεργή ψύκτρα αποτελείται από τον πρόσθετο ανεμιστήρα ή τον ανεμιστήρα και το υγρό που έχουν ρυθμιστεί για την αφαίρεση της θερμότητας εκτός από τη φυσική προσέγγιση.Αυτή η πρόσθετη ρύθμιση αυξάνει τη διαδικασία απαγωγής θερμότητας με τη διαδικασία εξαναγκασμένης μεταφοράς.Για παράδειγμα, όταν ο ανεμιστήρας λειτουργεί, αυξάνει την ταχύτητα του αέρα και μεταφέρει γρήγορα τη θερμότητα από την ψύκτρα στο περιβάλλον.

Υπολογισμός θερμικής αντίστασης

Κατά τον Σχεδιασμό μιας ψύκτρας, ο υπολογισμός της συνολικής θερμικής αντίστασης (R_hs) παίζει ζωτικό ρόλο στην κατανόηση της πιθανής απόδοσης και αποδοτικότητας, οπότε ας δούμε πώς μπορεί να υπολογιστεί.

R_hs= (Τ_j-T_a/P) – (R_th-jc) – Ρ_I

P= Συνολική διαλυόμενη θερμότητα

T_I= Μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης της συσκευής στους 0C.

R_th-jc= Θερμική αντίσταση σύνδεσης σε θήκη

T_a= Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος σε⁰C.

R_I= Αντίσταση υλικού διεπαφής

R_Εγώ= (t/L x W x K_I)

t = πάχος υλικού διεπαφής

K_I=Θερμική αγωγιμότητα υλικού διεπαφής

L = Μήκος πηγής θερμότητας

W = Πλάτος πηγής θερμότητας

Σχεδιασμός της ψύκτρας

Υπάρχουν πολλά βήματα στο σχεδιασμό.Ας ρίξουμε μια ματιά σε καθένα από αυτά εν συντομία.

1.          Επιλογή υλικού

Η θερμική αγωγιμότητα είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά ενός υλικού ψύκτρας επειδή επιτρέπει την ταχεία μετάδοση της θερμότητας από ένα θερμαινόμενο εξάρτημα συσκευής στον νεροχύτη και στο περιβάλλον.

Τα δύο κύρια υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ψυκτών είναι ο χαλκός και τα κράματα αλουμινίου.Αυτό συμβαίνει επειδή έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες όπως αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, ανθεκτικότητα και υψηλή θερμική αγωγιμότητα.Ωστόσο, αν και είναι αρκετά ακριβό, το διαμάντι (2.000 W/m/k) μπορεί να είναι το ιδανικό υλικό για ψύκτρες σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής απόδοσης και ακριβείας.

Εκτός από τα ηλεκτρονικά μέρη, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγουν απαγωγή θερμότητας είναι απαραίτητη.Σε μια τέτοια περίπτωση, ο χαλκός ή το αλουμίνιο μπορεί να μην είναι τα βέλτιστα υλικά για την ψύκτρα.

Η λύση της αυτοκινητοβιομηχανίας για τη διαχείριση θερμότητας είναι ένα πιο υπέροχο υλικό αγωγιμότητας από ανθρακονήματα.

2.          Διάταξη πτερυγίων & ροή αέρα

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση της ψύκτρας είναι το ψυκτικό μέσο, ​​το οποίο επηρεάζει σημαντικά τον ρυθμό απαγωγής θερμότητας.Επομένως, κατά την κατασκευή μιας ψύκτρας, το σχήμα, το μέγεθος και η διάταξη των πτερυγίων είναι σημαντικές πτυχές που πρέπει να ληφθούν υπόψη.Η χρήση της τεχνικής παραμετρικής βελτιστοποίησης είναι η καλύτερη επιλογή για να βρείτε τις ιδανικές τιμές παραμέτρων που να ταιριάζουν με τους περιορισμούς που δηλώνονται και να επιτύχετε τους σχεδιαστικούς στόχους.

• Βελτιώστε τον χώρο μεταξύ των πτερυγίων για να βελτιώσετε τη ροή του αέρα και να μειώσετε τη θερμική αντίσταση.

• Επειδή μια μεγαλύτερη επιφάνεια αυξάνει την αγωγιμότητα και τη μεταφορά θερμότητας, βοηθώντας στη διάχυση της θερμότητας, εξετάστε το ενδεχόμενο να αυξήσετε το πάχος και το ύψος.

• Δημιουργήστε ένα μικρότερο θερμικό οριακό στρώμα και η κατεύθυνση ροής αέρα σχεδιάστηκε σε ιδανική γωνία με την ψύκτρα για να αυξήσετε την απόδοση των πτερυγίων.

• Μετά την προετοιμασία του σχεδιασμού των πτερυγίων με CAD, μπορείτε να προσομοιώσετε το σενάριο μεταφοράς θερμότητας για να βελτιστοποιήσετε την απόδοσή του.

3.          Προσάρτηση ψύκτρας

Ο τρόπος σύνδεσης του νεροχύτη με το θερμαντικό στοιχείο της συσκευής επηρεάζει επίσης το πόσο καλά λειτουργεί.Επιλέξτε την καλύτερη μέθοδο σύνδεσης που μεγιστοποιεί τον ρυθμό μετάδοσης θερμότητας από τους αποστάτες, τα επίπεδα κλιπ ελατηρίου, την εποξική και τις επιλογές θερμικής ταινίας.

4.          Θερμική διεπαφή

Τα ελαττώματα και η τραχύτητα της επιφάνειας της ψύκτρας παίζουν ρόλο στην αύξηση της θερμικής αντίστασης λόγω της μείωσης της περιοχής θερμικής επαφής και της πίεσης διεπαφής.Για να ξεπεραστεί αυτό το ζήτημα, τα υλικά θερμικής διεπαφής είναι η καλύτερη επιλογή.Η χρήση υγρών πολυμερών, κεριού, αλουμινίου, γραφίτη και ταινιών στην επιφάνεια της ψύκτρας και του στοιχείου θέρμανσης των συσκευών μειώνει τη θερμική αντίσταση.

5.          Προσομοίωση

Η προσομοίωση του σχεδίου είναι σημαντική για να δείτε την απόδοση της ψύκτρας ουσιαστικά.Η Προσομοίωση Υπολογιστή δίνει την ιδέα για τη βελτίωση και επιβεβαιώνει τη Σχεδίαση εάν είναι κατάλληλη για τις απαιτούμενες εφαρμογές ή όχι.

Διαδικασία κατασκευής ψύκτρας

Μετά τη θερμική προσομοίωση του Σχεδιασμού των ψυκτών, τώρα στράφηκε για παραγωγή.Ας δούμε αναλυτικά τις διάφορες διαδικασίες παραγωγής.

1.          CNC-Μηχανική

Ψύκτρα κατασκευασμένη με κατεργασία CNC

CNC μηχανική κατεργασίαείναι η καλύτερη προσέγγιση για την κατασκευή ψύκτρας για πολύπλοκα σχήματα.Αυτή η προσέγγιση δίνει μεγάλη ευελιξία στους σχεδιαστές.Ένα ολόκληρο μεταλλικό μπλοκ χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του νεροχύτη όπου τα απαιτούμενα πτερύγια κόβονται με τις μηχανές CNC και λυγίζουν από τη βάση του μπλοκ.Ωστόσο, είναι μια μέθοδος χρονοβόρα και υψηλού κόστους.

2.          Εξώθηση

Μία από τις πιο κοινές διαδικασίες για την παραγωγή ψυκτών θερμότητας είναιεξώθηση, που περιλαμβάνει την συμπίεση καυτών τεμαχίων από όλκιμο υλικό σε μήτρα από χάλυβα υψηλής αντοχής για τη δημιουργία πτερυγίων πλάκας.Χρησιμοποιούνται για τις περισσότερες εφαρμογές ψύξης που περιλαμβάνουν ψύκτρες αλουμινίου.Φυσικά, το αλουμίνιο είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό για την παραγωγή ψύκτρας.

Ψύκτρα με εξώθηση 

Είναι μια φθηνή και απλή διαδικασία.Οι ψύκτρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα περιβάλλοντα λειτουργίας.Ωστόσο, λόγω του μέγιστου περιορισμού πλάτους εξώθησης, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ψύκτρες που έχουν φαρδιά πτερύγια.

3.          Χύσιμο

Ψύκτρα κατασκευασμένη με Casting

Στοχύσιμοτης ψύκτρας,αλουμίνιο, ο χαλκός ή ο ψευδάργυρος είναι τα κοινά υλικά.Σε αυτή τη διαδικασία, τα πλινθώματα επιλεγμένων υλικών τήκονται πρώτα και εγχέονται στο καλούπι της ψύκτρας με κάποια πίεση.Αφού το εγχυόμενο υγρό υλικό στερεοποιηθεί στη μήτρα, απελευθερώνεται και γίνεται περαιτέρω ελάχιστη μηχανική κατεργασία για να εξαλειφθεί οποιαδήποτε ατέλεια της επιφάνειας.Είναι καλύτερο να αποκτήσετε πολύπλοκα σχήματα με υψηλό βαθμό ακρίβειας.

4.          Ψυχρή σφυρηλάτηση

Ψύκτρα με κρύα σφυρηλάτηση

Είναι μια άλλη προσέγγιση κατασκευής υψηλής ακρίβειας για τις ψύκτρες κατάλληλες για το αλουμίνιο και τα κράματά του.Αν και, ισχύει επίσης για χαλκό και μπρούτζο.Η ψυχρή σφυρηλάτηση χρησιμοποιεί εξαιρετική πίεση και παραμορφώνει το μεταλλικό σχήμα σε θερμοκρασία δωματίου για να δημιουργήσει στρογγυλούς και ελλειπτικούς πείρους για την ψύκτρα.Επιπλέον, χρησιμοποιείται για την παραγωγή πτερυγίων με υψηλή πυκνότητα, τα οποία θα ενισχύσουν τη μεταφορά θερμότητας σε συνθήκες ροής αέρα υψηλής ταχύτητας.

5.          τρισδιάστατη εκτύπωση

Τρισδιάστατη εκτυπωμένη ψύκτρα

Η ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης ως μέθοδος για την παραγωγή ψυκτών θερμότητας προέκυψε από την τεχνολογική πρόοδο.Οι τεχνολογίες σύντηξης σε κλίνη πούδρας και κατευθυνόμενης εναπόθεσης ενέργειας είναι οι δύο πιο δημοφιλείς μέθοδοι εκτύπωσης ψυκτών θερμότητας.

6.          Σφράγιση

Ψύκτρα με κρύο Stamping 

οσφράγισημέθοδος χρησιμοποιείται όπου είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν οι σωλήνες θερμότητας μέσα στα πτερύγια.Στη συνέχεια, πιέζοντας τις μεταλλικές λωρίδες παράγονται τα πτερύγια.Σε περιπτώσεις που χρησιμοποιείται τεχνολογία σφράγισης υψηλής ταχύτητας, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για μαζική παραγωγή.Ωστόσο, η τιμή είναι υψηλή.

συμπέρασμα

Οι ψύκτρες θερμότητας είναι απαραίτητες σε μηχανικές, ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές.Σε αυτό το άρθρο, έχω επισκόπηση της λεπτομερούς διαδικασίας σχεδιασμού και κατασκευής που επικεντρώνονται σε ηλεκτρονικές συσκευές.Ο σχεδιασμός των ψυκτών θερμότητας επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τον ρυθμό απαγωγής θερμότητας, επομένως κάθε βήμα σχεδιασμού είναι ζωτικής σημασίας να ακολουθήσετε για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.Επιπλέον, η θερμική προσομοίωση μετά το σχεδιασμό βοηθά στην κατανόηση του πρακτικού σεναρίου εργασίας και στη βελτίωση του Σχεδιασμού.

Εδώ στο ProleanHub, έχουμε σχεδιαστές με πάνω από μια δεκαετία εμπειρίας και προηγμένες μονάδες παραγωγής.Παρέχουμε κορυφαίες υπηρεσίες σχεδιασμού και κατασκευής ψύκτρας.Επιπλέον, οι μηχανολόγοι μηχανικοί μας προσομοιώνουν τη Σχεδίαση για να βελτιώσουν τη λειτουργικότητα και την απόδοση.Τέλος, το τμήμα ποιοτικού ελέγχου μας παρακολουθεί κάθε στάδιο κατασκευής, ώστε να μην χρειάζεται να συμβιβαστείτε με την ποιότητα των υπηρεσιών μας, εάν χρειάζεστε κατασκευή ψύκτρας, απλώςεπικοινωνήστε μαζί μας.

Συχνές ερωτήσεις

Πώς μπορώ να βελτιώσω την απόδοση των ψύκτρων;

Η απόδοση μπορεί να αυξηθεί με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης της αντίστασης στη θερμότητα, της βελτιστοποίησης του μεγέθους, του σχήματος και της διάταξης των πτερυγίων και της βελτίωσης της διεπαφής των πτερυγίων.

Ποιο είναι το καλύτερο υλικό για ψύκτρες;

Τα καλύτερα υλικά για ψύκτρες είναι ο χαλκός και τα κράματα αλουμινίου.Και πάλι, όμως, ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας βασίζεται στον σχεδιασμό της ψύκτρας.

Πώς λειτουργεί η ψύκτρα;

Οι ψύκτρες θερμότητας κατασκευάζονται από υλικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο με πτερύγια.Συνδέεται στα θερμαινόμενα εξαρτήματα και απορροφά τη θερμότητα.Στη συνέχεια, η απορροφούμενη θερμότητα διαχέεται στο περιβάλλον περιβάλλον μέσω αγωγιμότητας, μεταφοράς ή ακτινοβολίας.

Ποια είναι τα βήματα σχεδιασμού για ψύκτρες;

Εδώ είναι τα βήματα.

1. Επιλογή υλικού
2. στερέωση σχήματος, μεγέθους και διάταξης πτερυγίων
3. Στερέωση εξαρτήματος (ψύκτρα & εξάρτημα συσκευής)
4. Θερμική διασύνδεση πτερυγίων
5. Θερμική προσομοίωση σχεδίασης CAD

Ποιες είναι οι κοινές προσεγγίσεις κατασκευής για την ψύκτρα;

Η κατεργασία CNC, η χύτευση, η σφυρηλάτηση, η σφράγιση και η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι κοινές προσεγγίσεις.