Krótki przegląd projektowania i produkcji radiatorów

Ostatnia aktualizacja:09/01;Czas na przeczytanie: 6 minut

Radiator

Radiator to urządzenie termodynamiczne, które usuwa ciepło z układów mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych.W różnych urządzeniach i maszynach utrzymywanie zakresu temperatur w określonych granicach jest niezbędne do utrzymania funkcjonalności tego urządzenia lub maszyny.Tutaj do gry wchodzi rola radiatorów.Na przykład potężne maszyny laptopa w różnych branżach muszą rozpraszać ciepło.Pomyśl więc, jak szeroko jest on używany w dzisiejszym świecie technologii.Radiatory rozpraszają ciepło, przenosząc je do regulowanego medium, takiego jak powietrze lub ciecz, a następnie usuwane z urządzenia i medium przenoszącego.

W tym artykule pokrótce omówimydziałanie radiatora, etapy projektowania i podejście do produkcji.

Praca radiatora

Prawo Fouriera dotyczące przenoszenia ciepła, które mówi, że ciepło zawsze przepływa z ośrodka o wysokiej temperaturze do ośrodka o niskiej temperaturze, stanowi podstawę działania radiatora.Podczas gdy urządzenia wytwarzają ciepło, które jest cieplejsze niż otaczające powietrze lub ciecz, przenoszą to ciepło przez przewodzenie, konwekcję lub czasami promieniowanie do chłodniejszego styku.

Spójrzmy na poniższy schemat blokowy, aby uzyskać jasny obraz działania radiatora;

Schemat blokowy pracy radiatora

·   Pasywne radiatory

Pasywne radiatory w naturalny sposób przekazują pochłonięte ciepło do otaczającego powietrza bez wymuszonej konwekcji, takiej jak wentylator lub cyrkulacja wody wokół nich.Mają one zwykle duży kształt i zawierają układ płetw wystawiony na działanie środowiska zewnętrznego.

·   Aktywny radiator

Aktywny radiator składa się z dodatkowego wentylatora lub dmuchawy i cieczy ustawionej w celu odprowadzania ciepła w sposób inny niż naturalny.Ta dodatkowa konfiguracja zwiększa proces rozpraszania ciepła przez proces wymuszonej konwekcji.Na przykład, gdy wentylator pracuje, zwiększa prędkość powietrza i szybko przenosi ciepło z radiatora do otoczenia.

Obliczanie oporu cieplnego

Podczas projektowania radiatora obliczono całkowity opór cieplny (R_hs) odgrywa istotną rolę w zrozumieniu potencjalnej wydajności i wydajności, więc zobaczmy, jak można to obliczyć;

R_godz= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) - R_I

P = Całkowite rozproszone ciepło

T_I= Maksymalna temperatura złącza urządzenia przy 0C.

R_th-jc= Połączenie z rezystancją termiczną obudowy

T_a= Temperatura otoczenia przy⁰C.

R_I= Rezystancja materiału interfejsu

R_I= (t/dł x szer x k_I)

t = grubość materiału interfejsu

K_I= Przewodność cieplna materiału interfejsu

L = Długość źródła ciepła

W = Szerokość źródła ciepła

Projekt radiatora

Projektowanie składa się z kilku etapów.Przyjrzyjmy się pokrótce każdemu z nich.

1.          Wybór materiału

Przewodność cieplna jest jedną z podstawowych cech materiału radiatora, ponieważ umożliwia szybkie przenoszenie ciepła z ogrzewanego elementu urządzenia do zlewu i otoczenia.

Dwa podstawowe materiały wykorzystywane do produkcji radiatorów to miedź i stopy aluminium.Dzieje się tak, ponieważ mają doskonałe właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość, odporność na korozję, trwałość i wysokie przewodnictwo cieplne.Jednak, choć jest dość drogi, diament (2000 W/m/k) może być idealnym materiałem na radiatory w wysokowydajnych i precyzyjnych urządzeniach elektronicznych.

Oprócz części elektronicznych, akumulatory litowo-jonowe wytwarzają niezbędne odprowadzanie ciepła.W takiej sytuacji miedź lub aluminium mogą nie być optymalnymi materiałami na radiator.

Rozwiązaniem przemysłu motoryzacyjnego do zarządzania ciepłem jest materiał z włókna węglowego o większej przewodności.

2.          Układ płetw i przepływ powietrza

Kolejnym czynnikiem wpływającym na wydajność radiatora jest medium chłodzące, które znacząco wpływa na szybkość rozpraszania ciepła.Dlatego podczas budowania radiatora należy wziąć pod uwagę kształt, rozmiar i rozmieszczenie żeber.Wykorzystanie techniki optymalizacji parametrycznej jest najlepszą opcją, aby znaleźć idealne wartości parametrów, które odpowiadają określonym ograniczeniom i osiągają cele projektowe.

• Popraw przestrzeń między żebrami, aby poprawić przepływ powietrza i zmniejszyć opór termiczny.

• Ponieważ większa powierzchnia zwiększa przewodzenie i konwekcję wymiany ciepła, pomagając w rozpraszaniu ciepła, należy rozważyć zwiększenie grubości i wysokości.

• Utwórz mniejszą termiczną warstwę graniczną, a kierunek przepływu powietrza zaprojektowano pod idealnym kątem do radiatora, aby zwiększyć wydajność żeber.

• Po przygotowaniu projektu żeber w programie CAD można przeprowadzić symulację scenariusza wymiany ciepła, aby zoptymalizować jego wydajność.

3.          Mocowanie radiatora

Sposób podłączenia zlewozmywaka do elementu grzejnego urządzenia również wpływa na jego działanie.Wybierz najlepszą metodę łączenia, która maksymalizuje współczynnik przenikania ciepła spośród opcji dystansowych elementów dystansowych, płaskich zacisków sprężynowych, żywicy epoksydowej i taśmy termoprzewodzącej.

4.          Interfejs termiczny

Wady i chropowatość powierzchni radiatora odgrywają rolę w zwiększeniu oporu cieplnego ze względu na zmniejszenie powierzchni styku termicznego i ciśnienia międzyfazowego.Aby rozwiązać ten problem, najlepszym wyborem są materiały termoprzewodzące.Stosowanie płynnych polimerów, wosku, aluminium, grafitu i taśm na powierzchni radiatora i elementu grzejnego urządzeń obniża opór cieplny.

5.          Symulacja

Symulacja projektu jest istotna, aby wirtualnie zobaczyć wydajność radiatora.Symulacja komputerowa daje pomysł na ulepszenie i potwierdza projekt, czy nadaje się do wymaganych aplikacji, czy nie.

Proces produkcji radiatora

Po przeprowadzeniu termicznej symulacji konstrukcji radiatorów, teraz przechodzimy do produkcji.Zobaczmy szczegółowo różne procesy produkcyjne;

1.          Obróbka CNC

Radiator wykonany metodą obróbki CNC

Obróbka CNCto najlepsze podejście do produkcji radiatorów o skomplikowanych kształtach.Takie podejście daje dużą elastyczność projektantom.Cały blok metalu jest używany do stworzenia zlewu, w którym wymagane żeberka są cięte na maszynach CNC i wyginane od podstawy bloku.Jest to jednak metoda czasochłonna i kosztowna.

2.          Wyrzucenie

Jednym z najczęstszych procesów produkcji radiatorów jestwyrzucenie, która polega na wciskaniu gorących kęsów plastycznego materiału w matrycę ze stali o wysokiej wytrzymałości w celu utworzenia płetw płytowych.Są one używane w większości zastosowań związanych z chłodzeniem z aluminiowymi radiatorami.Oczywiście aluminium jest najczęściej używanym materiałem do produkcji radiatorów.

Radiator wykonany metodą wytłaczania 

Jest to tania i prosta procedura.Radiatory mogą być używane w różnych środowiskach operacyjnych.Jednak ze względu na ograniczenie maksymalnej szerokości ekstruzji nie można go używać z radiatorami z szerokimi żebrami.

3.          Odlew

Radiator wykonany z Castingu

wodlewradiatora,aluminium, miedź lub cynk są powszechnymi materiałami.W tym procesie wlewki wybranych materiałów są najpierw topione i wtryskiwane pod pewnym ciśnieniem do matrycy radiatora.Po zestaleniu wtryśniętego ciekłego materiału w matrycy, zostaje on uwolniony i wykonywana jest dalsza minimalna obróbka w celu wyeliminowania wszelkich niedoskonałości powierzchni.Najlepiej jest uzyskiwać złożone kształty z dużą dokładnością.

4.          Kucie na zimno

Radiator wykonany techniką kucia na zimno

Jest to kolejne wysoce precyzyjne podejście do produkcji radiatorów odpowiednich dla aluminium i jego stopów.Chociaż ma również zastosowanie do miedzi i brązu.Kucie na zimno wykorzystuje ekstremalne ciśnienie i odkształca kształt metalu w temperaturze pokojowej, tworząc okrągłe i eliptyczne kołki do radiatora.Ponadto służy do produkcji lameli o dużej gęstości, co poprawi przenoszenie ciepła w warunkach przepływu powietrza o dużej prędkości.

5.          drukowanie 3d

Radiator wydrukowany w 3D

Rozwój druku 3D jako metody wytwarzania radiatorów wynikał z postępu technologicznego.Technologie łączenia proszkowego i ukierunkowanego osadzania energii to dwie najpopularniejsze metody drukowania radiatorów.

6.          Cechowanie

Radiator wykonany techniką coldstampingu 

Thecechowaniemetoda stosowana jest tam, gdzie konieczne jest wykonanie rurek cieplnych wewnątrz żeber.Następnie, poprzez prasowanie metalowych pasków, wytwarzane są żeberka.W przypadkach, gdy stosowana jest technologia szybkiego tłoczenia, jest ona szczególnie skuteczna w przypadku produkcji masowej.Mimo to cena jest wysoka.

Wniosek

Radiatory są niezbędne w urządzeniach mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych.W tym artykule omówiłem szczegółowy proces projektowania i produkcji skoncentrowany na urządzeniach elektronicznych.Konstrukcja radiatorów ma duży wpływ na szybkość rozpraszania ciepła, dlatego każdy etap projektowania ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności.Ponadto symulacja termiczna po zaprojektowaniu pomaga zrozumieć praktyczny scenariusz pracy i udoskonalić projekt.

W ProleanHub mamy projektantów z ponad dziesięcioletnim doświadczeniem oraz zaawansowane jednostki produkcyjne.Świadczymy usługi projektowania i produkcji radiatorów na najwyższym poziomie.Ponadto nasi inżynierowie mechanicy symulują projekt, aby poprawić funkcjonalność i wydajność.Wreszcie, nasz dział kontroli jakości monitoruje każdy etap produkcji, więc nie musisz iść na kompromis z naszą jakością usług, jeśli potrzebujesz produkcji radiatora, po prostuSkontaktuj się z nami.

FAQ

Jak mogę poprawić wydajność radiatorów?

Wydajność można zwiększyć na kilka sposobów, w tym zmniejszając odporność na ciepło, optymalizując rozmiar, kształt i rozmieszczenie płetw oraz poprawiając interfejs płetw.

Jaki jest najlepszy materiał na radiatory?

Najlepszymi materiałami na radiatory są stopy miedzi i aluminium.Ponownie jednak szybkość wymiany ciepła zależy od konstrukcji radiatora.

Jak działa radiator?

Radiatory są wykonane z materiałów o wysokiej przewodności cieplnej, takich jak miedź i aluminium, z żeberkami.Przyczepia się do nagrzanych elementów i pochłania ciepło.Następnie zaabsorbowane ciepło rozprasza się w otaczającym otoczeniu poprzez przewodzenie, konwekcję lub promieniowanie.

Jakie są etapy projektowania radiatorów?

Oto kroki;

1. Wybór materiału
2. ustalanie kształtu, rozmiaru i rozmieszczenia płetw
3. Mocowanie nasadki (radiator i element urządzenia)
4. Termiczne połączenie żeber
5. Symulacja termiczna projektu CAD

Jakie są wspólne podejścia do produkcji radiatora?

Obróbka CNC, odlewanie, kucie, tłoczenie i drukowanie 3D to powszechne podejścia.