En kort gjennomgang av design og produksjon av varmeavledere
Siste oppdatering:09/01;Tid til å lese: 6 minutter
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
· 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;
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
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
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
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
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
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
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;
- Valg av materiale
- feste av form, størrelse og arrangement av finner
- Festing av vedlegg (kjøleribbe og enhetskomponent)
- Termisk grensesnitt av finner
- 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