O scurtă trecere în revistă despre proiectarea și fabricarea radiatorului

Ultima actualizare:09/01;Timp de citit: 6 minute

Radiator

Un radiator este un dispozitiv termodinamic care elimină căldura din sistemele mecanice, electrice și electronice.În diferite dispozitive și mașini, este esențial să se mențină intervalul de temperatură într-o limită specifică pentru a menține funcționalitatea dispozitivului sau mașinii respective.Aici intră în joc rolul radiatoarelor.De exemplu, utilajele puternice ale laptopului dvs. din diferite industrii trebuie să-și disipeze căldura.Așa că gândiți-vă cât de larg este folosit în lumea tehnologiei de astăzi.Radiatoarele de căldură disipă căldura prin transferarea acesteia într-un mediu reglat, cum ar fi aerul sau lichidul, apoi expulzată din aparat și din mediul de transfer.

Acest articol va trece pe scurt prinfuncționarea radiatorului, etapele de proiectare și abordările de producție.

Funcționarea radiatorului

Legea Fourier a transferurilor de căldură, care afirmă că căldura curge întotdeauna de la o temperatură ridicată la un mediu cu temperatură scăzută, oferă baza pentru modul în care funcționează un radiator.În timp ce dispozitivele produc căldură, care este mai fierbinte decât aerul sau lichidul din jur, ele transferă acea căldură prin conducție, convecție sau ocazional radiație la un contact mai rece.

Să ne uităm la diagrama de mai jos pentru o imagine clară a funcționării radiatorului;

Diagramă pentru funcționarea radiatorului

·   Radiatoare de căldură pasive

Radiatoarele de căldură pasive transferă în mod natural căldura absorbită în aerul ambiant, fără forță de convecție, cum ar fi un ventilator sau circulația apei în jurul lor.Acestea au de obicei o formă mare și conțin o matrice de aripioare expusă mediului exterior.

·   Radiator activ de căldură

Radiatorul de căldură activ constă dintr-un ventilator suplimentar sau suflantă și lichid configurat pentru a elimina căldura, alta decât abordarea naturală.Această configurație suplimentară crește procesul de disipare a căldurii prin procesul de convecție forțată.De exemplu, atunci când ventilatorul funcționează, crește viteza aerului și transferă rapid căldura de la radiatorul în mediul înconjurător.

Calculul rezistentei termice

În timpul proiectării unui radiator, calculul rezistenței termice totale (R_hs) joacă un rol vital în înțelegerea performanței potențiale și a eficienței, așa că să vedem cum poate fi calculată;

R_hs= (T_j-T_a/RELATII CU PUBLICUL_th-jc) – R_I

P= Căldura totală disipată

T_I= Temperatura maximă de joncțiune a dispozitivului la 0C.

R_th-jc= Rezistenta termica a jonctiunii cu carcasa

T_a= Temperatura aerului ambiant la⁰C.

R_I= Rezistența materialului de interfață

R_eu= (t/L x l x K_I)

t = grosimea materialului de interfață

K_I= Conductivitatea termică a materialului de interfață

L = Lungimea sursei de căldură

W = Lățimea sursei de căldură

Designul radiatorului

Există mai mulți pași în proiectare.Să aruncăm o privire pe scurt la fiecare dintre ele.

1.          Alegerea materialului

Conductivitatea termică este una dintre caracteristicile esențiale ale unui material radiator, deoarece permite transmiterea rapidă a căldurii de la o componentă a dispozitivului încălzit la chiuvetă și la mediu.

Cele două materiale primare utilizate pentru a face radiatoare sunt cuprul și aliajele de aluminiu.Acest lucru se datorează faptului că au calități mecanice excelente, cum ar fi rezistența, rezistența la coroziune, durabilitatea și conductivitate termică ridicată.Cu toate acestea, deși este destul de scump, diamantul (2.000 W/m/k) poate fi materialul ideal pentru radiatoarele din dispozitivele electronice de înaltă performanță și precizie.

În plus față de componentele electronice, bateriile litiu-ion produc disiparea căldurii este necesară.Într-o astfel de situație, cuprul sau aluminiul ar putea să nu fie materialele optime pentru radiatorul.

Soluția industriei auto pentru gestionarea căldurii este un material din fibră de carbon cu conductivitate mai fabuloasă.

2.          Dispunerea aripioarelor și fluxul de aer

Un alt factor care afectează performanța radiatorului este lichidul de răcire, care are un impact semnificativ asupra ratei de disipare a căldurii.Prin urmare, atunci când construiți un radiator, forma, dimensiunea și aranjamentul aripioarelor sunt aspecte importante de luat în considerare.Utilizarea tehnicii de optimizare parametrică este cea mai bună opțiune pentru a găsi valorile ideale ale parametrilor pentru a se potrivi cu restricțiile declarate și pentru a atinge obiectivele de proiectare.

• Îmbunătățiți spațiul dintre aripioare pentru a îmbunătăți fluxul de aer și pentru a reduce rezistența termică.

• Deoarece o suprafață mai mare crește transferul de căldură prin conducție și convecție, ajutând la disiparea căldurii, luați în considerare creșterea grosimii și înălțimii.

• Creați un strat limită termic mai mic, iar direcția fluxului de aer a fost proiectată la un unghi ideal cu radiatorul pentru a crește eficiența aripioarelor.

• După pregătirea designului aripioarelor cu CAD, puteți simula scenariul de transfer de căldură pentru a optimiza eficiența acestuia.

3.          Atașarea radiatorului

Modul în care chiuveta este conectată la elementul de încălzire al dispozitivului afectează, de asemenea, cât de bine funcționează.Alegeți cea mai bună metodă de conectare care maximizează viteza de transmisie a căldurii de la distanțierele, clemele plate cu arc, epoxidul și opțiunile de bandă termică.

4.          Interfata termica

Defectele și rugozitatea suprafeței radiatorului joacă un rol în creșterea rezistenței termice datorită scăderii ariei de contact termic și a presiunii de interfață.Pentru a depăși această problemă, materialele de interfață termică sunt cea mai bună alegere.Utilizarea polimerilor lichizi, ceară, aluminiu, grafit și benzi pe suprafața radiatorului și a elementului de încălzire al dispozitivelor scade rezistența termică.

5.          Simulare

Simularea designului este semnificativă pentru a vedea performanța radiatorului virtual.Simularea pe computer oferă ideea îmbunătățirii și confirmă proiectarea dacă este potrivit sau nu pentru aplicațiile necesare.

Procesul de fabricație pentru radiator

După simularea termică a designului radiatoarelor, acum s-a transformat în producție.Să vedem în detaliu diferitele procese de fabricație;

1.          Prelucrare CNC

Radiator de căldură realizat cu prelucrare CNC

Prelucrare CNCeste cea mai bună abordare pentru fabricarea radiatoarelor pentru forme complexe.Această abordare oferă multă flexibilitate designerilor.Un întreg bloc de metal este folosit pentru a crea chiuveta unde aripioarele necesare sunt tăiate cu mașinile CNC și îndoite de la baza blocului.Cu toate acestea, este o metodă consumatoare de timp și costisitoare.

2.          extrudare

Unul dintre cele mai comune procese de producere a radiatoarelor esteextrudare, care implică presarea țaglelor fierbinți de material ductil în matriță de oțel de înaltă rezistență pentru a crea aripioare de placă.Sunt utilizate pentru majoritatea aplicațiilor de răcire care implică radiatoare din aluminiu.Desigur, aluminiul este cel mai utilizat material pentru producția de radiatoare.

Radiator de căldură realizat cu Extrusion 

Este o procedură ieftină și simplă.Radiatoarele de căldură pot fi utilizate într-o varietate de medii de operare.Cu toate acestea, din cauza restricției maxime de lățime de extrudare, nu poate fi utilizat cu radiatoare care au aripioare largi.

3.          Casting

Radiator de căldură realizat cu Casting

Înturnarede radiator,aluminiu, cuprul sau zincul sunt materialele comune.În acest proces, lingourile de materiale selectate sunt mai întâi topite și injectate în matrița radiatorului cu o oarecare presiune.După ce materialul lichid injectat este solidificat în matriță, acesta este eliberat și se realizează o prelucrare minimă suplimentară pentru a elimina orice imperfecțiune a suprafeței.Cel mai bine este să obțineți forme complexe cu un grad ridicat de precizie.

4.          Forjare la rece

Radiator de căldură realizat cu forjare la rece

Este o altă abordare de producție de înaltă precizie pentru radiatoarele potrivite pentru aluminiu și aliajele acestuia.Deși, este aplicabil și pentru cupru și bronz.Forjarea la rece utilizează presiune extremă și deformează forma metalului la temperatura camerei pentru a crea știfturi rotunji și eliptici pentru radiatorul.În plus, este folosit pentru a produce aripioare cu densitate mare, ceea ce va îmbunătăți transferul de căldură în condiții de flux de aer de mare viteză.

5.          printare 3d

Radiator imprimat 3D

Dezvoltarea imprimării 3D ca metodă de producere a radiatoarelor a rezultat din progresul tehnologic.Tehnologiile de fuziune în strat de pulbere și de depunere a energiei direcționate sunt cele mai populare două metode în imprimarea radiatoarelor.

6.          Ștampilare

Radiator de căldură realizat cu ștanțare la rece 

Theștampilareametoda este utilizată acolo unde este necesară construirea conductelor de căldură în interiorul aripioarelor.Apoi, prin presarea benzilor metalice, se produc aripioarele.În cazurile în care se utilizează tehnologia de ștanțare de mare viteză, este deosebit de eficientă pentru producția de masă.Cu toate acestea, prețul este mare.

Concluzie

Radiatoarele de căldură sunt esențiale în dispozitivele mecanice, electrice și electronice.În acest articol, am trecut în revistă procesul detaliat de proiectare și producție axat pe dispozitive electronice.Designul radiatoarelor influențează puternic rata de disipare a căldurii, astfel încât fiecare pas de proiectare este esențial de urmat pentru optimizarea performanței.În plus, simularea termică după proiectare ajută la înțelegerea scenariului practic de lucru și la îmbunătățirea designului.

Aici, la ProleanHub, avem designeri cu mai mult de un deceniu de experiență și unități de producție avansate.Oferim servicii de top de proiectare și fabricare a radiatoarelor.În plus, inginerii noștri mecanici simulează proiectarea pentru a îmbunătăți funcționalitatea și performanța.În cele din urmă, departamentul nostru de control al calității monitorizează fiecare pas de fabricație, astfel încât să nu trebuie să faceți compromisuri cu calitatea serviciilor noastre, dacă aveți nevoie de fabricarea radiatorului, doarcontactaţi-ne.

Întrebări frecvente

Cum pot îmbunătăți eficiența radiatoarelor?

Eficiența poate fi crescută în mai multe moduri, inclusiv scăderea rezistenței la căldură, optimizarea dimensiunii, formei și aranjamentului aripioarelor și îmbunătățirea interfeței aripioarelor.

Care este cel mai bun material pentru radiatoare?

Cele mai bune materiale pentru radiatoare sunt cuprul și aliajele de aluminiu.Din nou, totuși, rata de transfer de căldură se bazează pe designul radiatorului.

Cum funcționează radiatorul?

Radiatoarele de căldură sunt fabricate din materiale cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi cuprul și aluminiul cu aripioare.Se atașează de componentele încălzite și absoarbe căldura.Apoi, căldura absorbită se disipează în mediul înconjurător prin conducție, convecție sau radiație.

Care sunt pașii de proiectare pentru radiatoarele?

Iată pașii;

1. Alegerea materialului
2. fixarea formei, dimensiunii și aranjamentului aripioarelor
3. Fixarea atașamentului (radiator de căldură și componentă a dispozitivului)
4. Interfața termică a aripioarelor
5. Simulare termică a designului CAD

Care sunt abordările comune de producție pentru radiatorul?

Prelucrarea CNC, turnarea, forjarea, ștanțarea și imprimarea 3D sunt abordări comune.