Краткий обзор конструкции и производства радиаторов

Последнее обновление: 01.09;Время чтения: 6 минут

Радиатор

Радиатор — это термодинамическое устройство, отводящее тепло от механических, электрических и электронных систем.В различных устройствах и машинах важно поддерживать диапазон температур в пределах определенного предела, чтобы поддерживать функциональность этого устройства или машины.Здесь вступает в игру роль радиаторов.Например, тяжелое оборудование вашего ноутбука в различных отраслях промышленности должно рассеивать тепло.Так что подумайте, насколько широко он используется в современном мире технологий.Радиаторы рассеивают тепло, передавая его в регулируемую среду, такую ​​как воздух или жидкость, а затем выбрасывая ее из аппарата и в переносящую среду.

В этой статье мы кратко рассмотримработа радиатора, этапы проектирования и подходы к производству.

Работа радиатора

Закон теплопередачи Фурье, который гласит, что тепло всегда течет от высокотемпературной среды к низкотемпературной, обеспечивает основу для функционирования теплоотвода.В то время как устройства производят тепло, которое горячее окружающего воздуха или жидкости, они передают это тепло путем теплопроводности, конвекции или иногда излучения к более холодному контакту.

Давайте посмотрим на блок-схему ниже, чтобы получить четкое представление о работе радиатора;

Блок-схема работы радиатора

·   Пассивные радиаторы

Пассивные радиаторы естественным образом передают поглощенное тепло окружающему воздуху без принудительной конвекции, такой как вентилятор или циркуляция воды вокруг них.Обычно они имеют большую форму и содержат массив ребер, открытый для внешней среды.

·   Активный радиатор

Активный радиатор состоит из дополнительного вентилятора или воздуходувки и жидкости, предназначенной для отвода тепла, отличного от естественного подхода.Эта дополнительная установка увеличивает процесс рассеивания тепла за счет процесса принудительной конвекции.Например, когда работает вентилятор, он увеличивает скорость воздуха и быстро передает тепло от радиатора в окружающую среду.

Расчет термического сопротивления

При проектировании радиатора расчет полного теплового сопротивления (R_hs) играет жизненно важную роль в понимании потенциальной производительности и эффективности, поэтому давайте посмотрим, как ее можно рассчитать;

R_чс= (Т_j-T_a/П) – (Р_th-jc) - Р_I

P= Общее рассеянное тепло

T_I= Максимальная температура перехода устройства при 0C.

R_th-jc= Тепловое сопротивление перехода к корпусу

T_a= Температура окружающего воздуха при⁰C.

R_I= Сопротивление материала интерфейса

R_я= (т/л х Вт х К_I)

t = толщина материала интерфейса

K_I= Теплопроводность материала интерфейса

L = длина источника тепла

W = ширина источника тепла

Конструкция радиатора

В дизайне есть несколько этапов.Давайте кратко рассмотрим каждый из них.

1.          Выбор материала

Теплопроводность является одной из основных характеристик материала радиатора, поскольку она обеспечивает быструю передачу тепла от нагретого компонента устройства к радиатору и окружающей среде.

Двумя основными материалами, используемыми для изготовления радиаторов, являются медные и алюминиевые сплавы.Это связано с тем, что они обладают превосходными механическими свойствами, такими как прочность, коррозионная стойкость, долговечность и высокая теплопроводность.Однако, несмотря на довольно высокую цену, алмаз (2000 Вт/м/к) может быть идеальным материалом для радиаторов в высокопроизводительных и точных электронных устройствах.

В дополнение к частям электроники, литий-ионные батареи производят необходимое рассеивание тепла.В такой ситуации медь или алюминий могут оказаться не оптимальными материалами для радиатора.

Решение автомобильной промышленности для управления теплом - это углеродное волокно с более невероятной проводимостью.

2.          Расположение ребер и воздушный поток

Другим фактором, влияющим на характеристики радиатора, является охлаждающая среда, которая существенно влияет на скорость рассеивания тепла.Поэтому при создании радиатора важно учитывать форму, размер и расположение ребер.Использование метода параметрической оптимизации — лучший вариант для поиска идеальных значений параметров, соответствующих заявленным ограничениям и достижения целей проектирования.

• Увеличьте пространство между ребрами, чтобы улучшить воздушный поток и снизить тепловое сопротивление.

• Поскольку большая площадь поверхности увеличивает теплопроводность и конвекцию, способствуя рассеиванию тепла, рассмотрите возможность увеличения толщины и высоты.

• Создайте меньший тепловой пограничный слой, а направление воздушного потока было спроектировано под идеальным углом к ​​радиатору для повышения эффективности ребер.

• После подготовки конструкции ребер с помощью САПР вы можете смоделировать сценарий теплопередачи, чтобы оптимизировать его эффективность.

3.          Крепление радиатора

Способ подключения раковины к нагревательному элементу устройства также влияет на его работу.Выберите наилучший метод соединения, который максимизирует скорость теплопередачи, из вариантов распорных прокладок, плоских пружинных зажимов, эпоксидной смолы и термоленты.

4.          Термический интерфейс

Дефекты и шероховатость поверхности радиатора играют роль в повышении теплового сопротивления за счет уменьшения площади теплового контакта и межфазного давления.Чтобы решить эту проблему, лучшим выбором являются материалы с тепловым интерфейсом.Использование жидких полимеров, воска, алюминия, графита и лент на поверхности радиатора и нагревательного элемента приборов снижает термическое сопротивление.

5.          Моделирование

Моделирование конструкции имеет важное значение для виртуального наблюдения за производительностью радиатора.Компьютерное моделирование дает представление об улучшении и подтверждает, подходит ли дизайн для требуемых приложений или нет.

Процесс производства радиатора

После термической симуляции конструкции радиаторов, теперь она запущена в производство.Давайте подробно рассмотрим различные производственные процессы;

1.          CNC-обработка

Радиатор, изготовленный на станке с ЧПУ

ЧПУ обработкаявляется лучшим подходом для изготовления радиаторов сложной формы.Такой подход дает большую гибкость дизайнерам.Цельный металлический блок используется для создания раковины, где необходимые ребра вырезаются на станках с ЧПУ и изгибаются от основания блока.Однако это трудоемкий и дорогостоящий метод.

2.          Экструзия

Одним из наиболее распространенных способов изготовления радиаторов являетсяэкструзия, который включает в себя прессование горячих заготовок из пластичного материала в штамп из высокопрочной стали для создания пластинчатых ребер.Они используются для большинства систем охлаждения с алюминиевыми радиаторами.Конечно, алюминий является наиболее широко используемым материалом для производства радиаторов.

Радиатор, изготовленный методом экструзии 

Это недорогая и простая процедура.Радиаторы можно использовать в различных условиях эксплуатации.Однако из-за ограничения максимальной ширины экструзии его нельзя использовать с радиаторами с широкими ребрами.

3.          Кастинг

Радиатор из литья

вКастинградиатора,алюминий, медь или цинк являются распространенными материалами.В этом процессе слитки из выбранных материалов сначала расплавляются и впрыскиваются в форму радиатора под некоторым давлением.После того, как впрыснутый жидкий материал затвердевает в матрице, он высвобождается, и выполняется дальнейшая минимальная механическая обработка для устранения любых дефектов поверхности.Лучше всего получать сложные формы с высокой степенью точности.

4.          Холодная ковка

Радиатор изготовлен методом холодной ковки

Это еще один высокоточный подход к производству радиаторов, подходящих для алюминия и его сплавов.Хотя, это также применимо для меди и бронзы.Холодная ковка использует экстремальное давление и деформирует форму металла при комнатной температуре для создания круглых и эллиптических штифтов для радиатора.Кроме того, он используется для производства оребрения с высокой плотностью, что повысит теплоотдачу в условиях высокоскоростного воздушного потока.

5.          3D печать

3D-печатный радиатор

Развитие 3D-печати как метода изготовления радиаторов стало результатом технического прогресса.Технологии плавления в порошковом слое и направленного осаждения энергии являются двумя наиболее популярными методами печати радиаторов.

6.          Штамповка

Радиатор изготовлен методом холодной штамповки 

штамповкаметод используется там, где необходимо построить тепловые трубки внутри ребер.Затем путем прессования металлических полос изготавливаются плавники.В тех случаях, когда используется технология высокоскоростной штамповки, она особенно эффективна для массового производства.Тем не менее, цена высока.

Заключение

Радиаторы необходимы в механических, электрических и электронных устройствах.В этой статье я рассмотрел детальный процесс проектирования и производства электронных устройств.Конструкция радиаторов сильно влияет на скорость рассеивания тепла, поэтому каждый этап проектирования имеет решающее значение для оптимизации производительности.Кроме того, тепловое моделирование после проектирования помогает понять практический сценарий работы и улучшить проект.

В ProleanHub работают дизайнеры с более чем десятилетним опытом и передовые производственные подразделения.Мы предоставляем первоклассные услуги по проектированию и производству радиаторов.Кроме того, наши инженеры-механики моделируют конструкцию, чтобы улучшить функциональность и производительность.Наконец, наш отдел контроля качества контролирует каждый этап производства, так что вам не придется идти на компромисс с нашим качеством обслуживания, если вам нужно изготовление радиатора, простосвязаться с нами.

Часто задаваемые вопросы

Как повысить эффективность радиаторов?

Эффективность можно повысить несколькими способами, включая снижение термостойкости, оптимизацию размера, формы и расположения ребер, а также улучшение интерфейса ребер.

Какой материал лучше для радиаторов?

Лучшими материалами для радиаторов являются медные и алюминиевые сплавы.Опять же, скорость теплопередачи зависит от конструкции радиатора.

Как работает теплоотвод?

Радиаторы изготовлены из материалов с высокой теплопроводностью, таких как медь и алюминий с ребрами.Он прикрепляется к нагретым компонентам и поглощает тепло.Затем поглощенное тепло рассеивается в окружающей среде за счет теплопроводности, конвекции или излучения.

Каковы этапы проектирования радиаторов?

Вот шаги;

1. Выбор материала
2. фиксация формы, размера и расположения плавников
3. Крепление крепления (радиатор и компонент устройства)
4. Термическое сопряжение ребер
5. Тепловое моделирование САПР

Каковы общие подходы к производству радиатора?

Обработка с ЧПУ, литье, ковка, штамповка и 3D-печать являются распространенными подходами.