Shenzhen Prolean Technology Co., Ltd.

En kort gjennomgang av design og produksjon av varmeavledere

En kort gjennomgang av design og produksjon av varmeavledere

Siste oppdatering:09/01;Tid til å lese: 6 minutter

Kjøleribbe

Kjøleribbe

 

En kjøleribbe er en termodynamisk enhet som fjerner varme fra mekaniske, elektriske og elektroniske systemer.I ulike enheter og maskiner er det viktig å holde temperaturområdet innenfor en bestemt grense for å opprettholde funksjonaliteten til den enheten eller maskinen.Her kommer rollen til kjøleribben inn i bildet.For eksempel må den bærbare datamaskinens heftige maskineri i forskjellige bransjer spre varmen.Så tenk hvor mye det er brukt i dagens teknologiverden.Varmeavledere sprer varme ved å overføre den til et regulert medium, for eksempel luft eller væske, og deretter utstøtes fra apparatet og overføringsmediet.

Denne artikkelen vil kort gå gjennomarbeid med kjøleribbe, designtrinn og produksjonsmetoder.

 

Arbeid av kjøleribbe

Fourierloven for varmeoverføringer, som sier at varme alltid strømmer fra høy temperatur til lavtemperaturmedium, danner grunnlaget for hvordan en kjøleribbe fungerer.Mens enheter produserer varme, som er varmere enn den omkringliggende luften eller væsken, overfører de denne varmen ved ledning, konveksjon eller noen ganger stråling til en kjøligere kontakt.

La oss se på flytskjemaet nedenfor for et klart bilde av kjøleribben som fungerer;

Flytskjema for bearbeiding av kjøleribbe

Flytskjema for bearbeiding av kjøleribbe

 

·   Passive kjøleribber

Passive varmeavledere overfører naturlig den absorberte varmen til omgivelsesluften uten kraftkonveksjon, for eksempel en vifte eller vannsirkulasjon rundt dem.Disse er vanligvis store i formen og inneholder en finnegruppe som er utsatt for ytre miljø.

 

·   Aktiv kjøleribbe

Den aktive kjøleribben består av den ekstra viften eller viften og væsken som er satt opp for å fjerne varmen annet enn den naturlige tilnærmingen.Dette tilleggsoppsettet øker varmeavledningsprosessen ved den tvungne konveksjonsprosessen.For eksempel, når viften går, øker den lufthastigheten og overfører raskt varme fra kjøleribben til omgivelsene.

 

Beregning av termisk motstand

Under utformingen av en kjøleribbe, beregningen av den totale termiske motstanden (Rhs) spiller en viktig rolle i å forstå potensiell ytelse og effektivitet, så la oss se hvordan den kan beregnes;

formel

 

formel 1

Rhs= (Tj-Ta/P) – (Rth-jc) – RI

P= Total varmeavledning

TI= Maksimal koblingstemperatur for enheten ved 0C.

Rth-jc= Termisk motstand fra kobling til hus

Ta= Omgivelseslufttemperatur ved0C.

RI= Motstand av grensesnittmateriale

RJeg= (t/L x B x KI)

t = tykkelsen på grensesnittmaterialet

KI=Vermeledningsevne for grensesnittmateriale

L = Lengde på varmekilden

W =Bredde på varmekilden

 

Design av kjøleribben

Det er flere trinn i utformingen.La oss ta en kort titt på hver av dem.

1.          Valg av materiale

Termisk ledningsevne er en av de essensielle egenskapene til et varmeavledermateriale fordi det muliggjør rask overføring av varme fra en oppvarmet enhetskomponent til vasken og miljøet.

De to primære materialene som brukes til å lage kjøleribber er kobber- og aluminiumslegeringer.Dette er fordi de har utmerkede mekaniske egenskaper som styrke, korrosjonsbestandighet, holdbarhet og høy varmeledningsevne.Men selv om det er ganske dyrt, kan diamant (2000 W/m/k) være det ideelle materialet for kjøleribber i elektroniske enheter med høy ytelse og presisjon.

I tillegg til elektronikkdelene, produserer litium-ion-batterier varmeavledning er nødvendig.I en slik situasjon kan det hende at kobber eller aluminium ikke er de optimale materialene for kjøleribben.

Bilindustriens løsning for varmestyring er et mer fabelaktig ledningsevne karbonfibermateriale.

2.          Finnearrangement og luftstrøm

En annen faktor som påvirker kjøleribbens ytelse er kjølemediet, som har betydelig innvirkning på hastigheten på varmespredningen.Derfor, når du bygger en kjøleribbe, er form, størrelse og finnearrangement viktige aspekter å vurdere.Å bruke den parametriske optimaliseringsteknikken er det beste alternativet for å finne de ideelle parameterverdiene for å matche de angitte restriksjonene og oppnå designmål.

  • Forbedre avstanden mellom finnene for å forbedre luftstrømmen og redusere termisk motstand.
  • Fordi et større overflateareal øker ledning og konveksjonsvarmeoverføring, og hjelper til med varmespredning, bør du vurdere å øke tykkelsen og høyden.
  • Lag et mindre termisk grenselag, og luftstrømretningen ble designet i en ideell vinkel med kjøleribben for å øke finneeffektiviteten.
  • Etter å ha forberedt finnedesignet med CAD, kan du simulere varmeoverføringsscenariet for å optimalisere effektiviteten.

3.          Feste av kjøleribbe

Måten vasken er koblet til enhetens varmeelement påvirker også hvor godt den fungerer.Velg den beste tilkoblingsmetoden som maksimerer varmeoverføringshastigheten fra alternativene for avstandsstykker, flate fjærklemmer, epoksy og termisk tape.

4.          Termisk grensesnitt

Defekter og overflateruhet til kjøleribben spiller en rolle i å øke den termiske motstanden på grunn av en reduksjon i det termiske kontaktarealet og grensesnitttrykket.For å overvinne dette problemet er termiske grensesnittmaterialer det beste valget.Bruk av flytende polymerer, voks, aluminium, grafitt og tape på overflaten av kjøleribben og varmeelementet til enheter senker den termiske motstanden.

5.          Simulering

Simulering av designet er viktig for å se ytelsen til kjøleribben virtuelt.Datasimulering gir ideen til forbedringen og bekrefter designet om den passer for de nødvendige applikasjonene eller ikke.

 

Produksjonsprosess for kjøleribbe

Etter termisk simulering av utformingen av kjøleribbene, er den nå snudd for produksjon.La oss se de ulike produksjonsprosessene i detalj;

 

1.          CNC-bearbeiding

Varmeavleder laget med CNC-bearbeiding

Varmeavleder laget med CNC-bearbeiding

 

CNC maskineringer den beste tilnærmingen for produksjon av varmeavledere for komplekse former.Denne tilnærmingen gir mye fleksibilitet til designerne.En hel metallblokk brukes til å lage vasken der nødvendige finner kuttes med CNC-maskinene og bøyes fra bunnen av blokken.Det er imidlertid en tidkrevende og høy kostnadsmetode.

 

2.          Ekstrudering

En av de vanligste prosessene for å produsere kjøleribber erekstrudering, som innebærer å presse varme emner av duktilt materiale inn i høyfast ståldyse for å lage platefinner.De brukes til de fleste kjøleapplikasjoner som involverer kjøleribber i aluminium.Selvfølgelig er aluminium det mest brukte materialet for produksjon av kjøleribbe.

Varmeavleder laget med ekstrudering

Varmeavleder laget med ekstrudering 

Det er en rimelig og grei prosedyre.Kjøleribbene kan brukes i en rekke driftsmiljøer.På grunn av den maksimale ekstruderingsbreddebegrensningen kan den imidlertid ikke brukes med kjøleribber som har brede finner.

 

3.          Casting

Varmeavleder laget med Casting

Varmeavleder laget med Casting

 

Istøpingav kjøleribbe,aluminium, kobber eller sink er de vanlige materialene.I denne prosessen blir blokkene av utvalgte materialer først smeltet og injisert inn i dysen til kjøleribben med et visst trykk.Etter at det injiserte flytende materialet er størknet i dysen, frigjøres det, og ytterligere minimal maskinering gjøres for å eliminere eventuelle overflatefeil.Det er best å oppnå komplekse former med høy grad av nøyaktighet.

 

4.          Kaldsmiing

 

Varmeavleder laget med kaldsmiing

Varmeavleder laget med kaldsmiing

 

Det er en annen høypresisjons produksjonstilnærming for kjøleribber som er egnet for aluminium og dets legeringer.Selv om det også gjelder for kobber og bronse.Kaldsmiing utnytter ekstremt trykk og deformerer metallformen ved romtemperatur for å lage runde og elliptiske pinner for kjøleribben.I tillegg brukes den til å produsere finner med høy tetthet, som vil forbedre varmeoverføringen under høyhastighets luftstrømforhold.

 

5.          3D-utskrift

3D-printet kjøleribbe

3D-printet kjøleribbe

Utviklingen av 3D-printing som en metode for å produsere kjøleribber var et resultat av teknologiske fremskritt.Pulverbed-fusjon og rettet energiavsetningsteknologi er de to mest populære metodene for utskrift av kjøleribber.

 

6.          Stempling

Kjøleribben laget med kaldstempling

Kjøleribben laget med kaldstempling 

Destemplingmetoden brukes der det er nødvendig å konstruere varmerørene inne i finnene.Deretter, ved å trykke på metallstrimlene, produseres finnene.I tilfeller der høyhastighetsstemplingsteknologi brukes, er den spesielt effektiv for masseproduksjon.Likevel er prisen høy.

 

 

Konklusjon

Varmeavledere er essensielle i mekaniske, elektriske og elektroniske enheter.I denne artikkelen har jeg gjennomgått den detaljerte designprosessen og produksjonen med fokus på elektroniske enheter.Designet til kjøleribben påvirker varmeavledningshastigheten i stor grad, så hvert designtrinn er avgjørende å følge for å optimalisere ytelsen.Videre hjelper termisk simulering etter design til å forstå det praktiske arbeidsscenarioet og forbedre designet.

Her på ProleanHub har vi designere med mer enn ti års erfaring og avanserte produksjonsenheter.Vi tilbyr førsteklasses design og produksjonstjenester for kjøleribbe.I tillegg simulerer våre mekaniske ingeniører designet for å forbedre funksjonaliteten og ytelsen.Til slutt overvåker vår kvalitetskontrollavdeling hvert produksjonstrinn, slik at du ikke trenger å gå på akkord med kvaliteten på tjenesten vår, hvis du trenger produksjon av kjøleribbe, barekontakt oss.

 

 

Vanlige spørsmål

Hvordan kan jeg forbedre effektiviteten til kjøleribbene?

Effektiviteten kan økes på flere måter, inkludert redusert varmemotstand, optimalisering av finnestørrelse, form og arrangement, og forbedring av finnegrensesnittet.

Hva er det beste materialet for kjøleribber?

De beste materialene for kjøleribber er kobber og aluminiumslegeringer.Igjen, men varmeoverføringshastigheten er avhengig av designen til kjøleribben.

Hvordan fungerer kjøleribben?

Varmeavledere er laget av materialer med høy varmeledningsevne som kobber og aluminium med finner.Den fester seg til de oppvarmede komponentene og absorberer varmen.Deretter forsvinner absorbert varme i omgivelsene gjennom ledning, konveksjon eller stråling.

Hva er designtrinnene for kjøleribber?

Her er trinnene;

  1. Valg av materiale
  2. feste av form, størrelse og arrangement av finner
  3. Festing av vedlegg (kjøleribbe og enhetskomponent)
  4. Termisk grensesnitt av finner
  5. Termisk simulering av CAD-design

Hva er de vanlige produksjonsmetodene for kjøleribben?

CNC-maskinering, støping, smiing, stempling og 3D-utskrift er vanlige tilnærminger.

 


Innleggstid: 15. juli-2022

Klar til å sitere?

All informasjon og opplastinger er sikre og konfidensielle.

Kontakt oss