Krátky prehľad o dizajne a výrobe chladiča

Posledná aktualizácia:09/01;Čas na čítanie: 6 minút

Chladič

Chladič je termodynamické zariadenie, ktoré odoberá teplo z mechanických, elektrických a elektronických systémov.V rôznych zariadeniach a strojoch je nevyhnutné udržiavať teplotný rozsah v špecifickom limite, aby sa zachovala funkčnosť tohto zariadenia alebo stroja.Tu vstupuje do hry úloha chladičov.Napríklad mohutné stroje vášho notebooku v rôznych odvetviach potrebujú odvádzať teplo.Zamyslite sa teda, ako široko sa používa v dnešnom svete technológií.Chladiče odvádzajú teplo jeho prenosom do regulovaného média, ako je vzduch alebo kvapalina, a potom sa vypudzujú z prístroja a prenášacieho média.

Tento článok bude stručne prechádzaťfungovanie chladiča, konštrukčné kroky a výrobné prístupy.

Fungovanie chladiča

Fourierov zákon prenosu tepla, ktorý hovorí, že teplo vždy prúdi z vysokej teploty do média s nízkou teplotou, poskytuje základ pre fungovanie chladiča.Zatiaľ čo zariadenia produkujú teplo, ktoré je teplejšie ako okolitý vzduch alebo kvapalina, prenášajú toto teplo vedením, konvekciou alebo občas vyžarovaním do chladnejšieho kontaktu.

Pozrime sa na vývojový diagram nižšie pre jasný obraz fungovania chladiča;

Vývojový diagram pre prácu chladiča

·   Pasívne chladiče

Pasívne chladiče prirodzene prenášajú absorbované teplo do okolitého vzduchu bez silovej konvekcie, ako je ventilátor alebo cirkulácia vody okolo nich.Tie majú zvyčajne veľký tvar a obsahujú sústavu plutiev vystavenú vonkajšiemu prostrediu.

·   Aktívny chladič

Aktívny chladič pozostáva z prídavného ventilátora alebo dúchadla a kvapaliny nastavenej na odvádzanie tepla iným spôsobom, ako je prirodzený prístup.Toto dodatočné nastavenie zvyšuje proces odvádzania tepla procesom nútenej konvekcie.Napríklad, keď ventilátor pracuje, zvyšuje rýchlosť vzduchu a rýchlo prenáša teplo z chladiča do okolitého prostredia.

Výpočet tepelného odporu

Pri návrhu chladiča sa vypočíta celkový tepelný odpor (R_hs) hrá zásadnú úlohu pri porozumení potenciálneho výkonu a efektívnosti, takže sa pozrime, ako sa dá vypočítať;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= Celkové rozptýlené teplo

T_I= Maximálna teplota spoja zariadenia pri 0C.

R_th-jc= Tepelný odpor medzi spojom a puzdrom

T_a= Teplota okolitého vzduchu pri⁰C.

R_I= Odolnosť materiálu rozhrania

R_ja= (t/d x š x K_I)

t = hrúbka materiálu rozhrania

K_I= Tepelná vodivosť materiálu rozhrania

L = Dĺžka zdroja tepla

W = šírka zdroja tepla

Dizajn chladiča

Pri navrhovaní je niekoľko krokov.Poďme sa v krátkosti pozrieť na každý z nich.

1.          Výber materiálu

Tepelná vodivosť je jednou zo základných charakteristík materiálu chladiča, pretože umožňuje rýchly prenos tepla z ohrievaného komponentu zariadenia do chladiča a okolia.

Dva primárne materiály používané na výrobu chladičov sú zliatiny medi a hliníka.Je to preto, že majú vynikajúce mechanické vlastnosti, ako je pevnosť, odolnosť proti korózii, trvanlivosť a vysoká tepelná vodivosť.Hoci je diamant (2 000 W/m/k) dosť drahý, môže byť ideálnym materiálom pre chladiče vo vysokovýkonných a presných elektronických zariadeniach.

Okrem elektronických častí sú potrebné lítium-iónové batérie, ktoré produkujú odvod tepla.V takejto situácii nemusí byť meď alebo hliník optimálnymi materiálmi pre chladič.

Riešením pre riadenie tepla v automobilovom priemysle je materiál z uhlíkových vlákien s vynikajúcou vodivosťou.

2.          Usporiadanie plutiev a prúdenie vzduchu

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje výkon chladiča, je chladiace médium, ktoré výrazne ovplyvňuje rýchlosť rozptylu tepla.Preto pri zostavovaní chladiča je dôležité zvážiť tvar, veľkosť a usporiadanie rebier.Použitie techniky parametrickej optimalizácie je najlepšou možnosťou na nájdenie ideálnych hodnôt parametrov, ktoré zodpovedajú uvedeným obmedzeniam a dosiahnutiu cieľov návrhu.

• Zlepšite priestor medzi rebrami, aby ste zlepšili prúdenie vzduchu a znížili tepelný odpor.

• Vzhľadom na to, že väčšia povrchová plocha zvyšuje vodivosť a prenos tepla konvekciou, čo napomáha odvodu tepla, zvážte zvýšenie hrúbky a výšky.

• Vytvorte menšiu tepelnú hraničnú vrstvu a smer prúdenia vzduchu bol navrhnutý v ideálnom uhle s chladičom, aby sa zvýšila účinnosť rebier.

• Po príprave dizajnu rebier pomocou CAD môžete simulovať scenár prenosu tepla, aby ste optimalizovali jeho účinnosť.

3.          Upevnenie chladiča

Spôsob, akým je drez pripojený k vykurovaciemu telesu zariadenia, tiež ovplyvňuje jeho fungovanie.Vyberte si najlepší spôsob pripojenia, ktorý maximalizuje rýchlosť prenosu tepla z možností dištančných vložiek, plochých pružinových svoriek, epoxidu a tepelnej pásky.

4.          Tepelné rozhranie

Poruchy a drsnosť povrchu chladiča zohrávajú úlohu pri zvyšovaní tepelného odporu v dôsledku zníženia oblasti tepelného kontaktu a tlaku na rozhraní.Na prekonanie tohto problému sú najlepšou voľbou materiály tepelného rozhrania.Použitie tekutých polymérov, vosku, hliníka, grafitu a pások na povrchu chladiča a vykurovacieho telesa zariadení znižuje tepelný odpor.

5.          Simulácia

Simulácia dizajnu je dôležitá pre virtuálne zobrazenie výkonu chladiča.Počítačová simulácia dáva nápad na zlepšenie a potvrdzuje návrh, či je vhodný pre požadované aplikácie alebo nie.

Výrobný proces pre chladič

Po tepelnej simulácii dizajnu chladičov je teraz pripravený na výrobu.Pozrime sa podrobne na rôzne výrobné procesy;

1.          CNC-obrábanie

Chladič vyrobený CNC obrábaním

CNC obrábanieje najlepší prístup k výrobe chladičov pre zložité tvary.Tento prístup poskytuje dizajnérom veľkú flexibilitu.Celý blok kovu sa používa na vytvorenie drezu, kde sú požadované rebrá vyrezané pomocou CNC strojov a ohnuté zo základne bloku.Je to však časovo náročná a nákladná metóda.

2.          Extrúzia

Jedným z najbežnejších procesov výroby chladičov jevytláčanie, ktorá zahŕňa lisovanie horúcich predvalkov z tvárneho materiálu do vysokopevnostnej oceľovej matrice, aby sa vytvorili doskové rebrá.Používajú sa pre väčšinu chladiacich aplikácií, ktoré zahŕňajú hliníkové chladiče.Samozrejme, hliník je najpoužívanejším materiálom na výrobu chladiča.

Chladič vyrobený pomocou extrúzie 

Je to lacný a jednoduchý postup.Chladiče možno použiť v rôznych prevádzkových prostrediach.Kvôli obmedzeniu maximálnej šírky vytláčania ho však nemožno použiť s chladičmi, ktoré majú široké rebrá.

3.          Casting

Chladič vyrobený z odliatku

Vodlievaniechladiča,hliník, meď alebo zinok sú bežné materiály.Pri tomto procese sa ingoty vybraných materiálov najprv roztavia a pod určitým tlakom vstreknú do matrice chladiča.Potom, čo vstreknutý tekutý materiál stuhne v matrici, uvoľní sa a vykoná sa ďalšie minimálne opracovanie, aby sa odstránili akékoľvek povrchové nedokonalosti.Najlepšie je získať zložité tvary s vysokým stupňom presnosti.

4.          Kovanie za studena

Chladič vyrobený kovaním za studena

Je to ďalší vysoko presný výrobný prístup pre chladiče vhodné pre hliník a jeho zliatiny.Je však použiteľný aj pre meď a bronz.Kovanie za studena využíva extrémny tlak a deformuje kovový tvar pri izbovej teplote, aby vytvoril okrúhle a eliptické kolíky pre chladič.Okrem toho sa používa na výrobu rebier s vysokou hustotou, ktoré zlepšujú prenos tepla v podmienkach vysokorýchlostného prúdenia vzduchu.

5.          3D tlač

3D tlačený chladič

Vývoj 3D tlače ako spôsobu výroby chladičov vyplynul z technologického pokroku.Technológie práškovej fúzie a usmerneného nanášania energie sú dve najpopulárnejšie metódy pri tlači chladičov.

6.          Pečiatkovanie

Chladič vyrobený lisovaním za studena 

Therazeniemetóda sa používa tam, kde je potrebné skonštruovať tepelné trubice vo vnútri rebier.Potom sa lisovaním kovových pásikov vyrábajú rebrá.V prípadoch, keď sa používa technológia vysokorýchlostného razenia, je obzvlášť účinná pre hromadnú výrobu.Napriek tomu je cena vysoká.

Záver

Chladiče sú nevyhnutné v mechanických, elektrických a elektronických zariadeniach.V tomto článku som zhrnul podrobný proces návrhu a výroby zameraný na elektronické zariadenia.Konštrukcia chladičov silne ovplyvňuje rýchlosť rozptylu tepla, takže každý krok návrhu je rozhodujúci pre optimalizáciu výkonu.Okrem toho termálna simulácia po návrhu pomáha pochopiť praktický pracovný scenár a zlepšiť návrh.

Tu v ProleanHub máme dizajnérov s viac ako desaťročnými skúsenosťami a pokročilými výrobnými jednotkami.Poskytujeme špičkové služby v oblasti navrhovania a výroby chladičov.Okrem toho naši strojní inžinieri simulujú dizajn, aby zlepšili funkčnosť a výkon.Nakoniec naše oddelenie kontroly kvality monitoruje každý výrobný krok, takže nemusíte robiť kompromisy s našou kvalitou služieb, ak potrebujete výrobu chladiča, stačíkontaktuj nás.

Časté otázky

Ako môžem zlepšiť účinnosť chladičov?

Účinnosť možno zvýšiť niekoľkými spôsobmi, vrátane zníženia tepelnej odolnosti, optimalizácie veľkosti, tvaru a usporiadania plutiev a zlepšenia rozhrania plutiev.

Aký je najlepší materiál pre chladiče?

Najlepšími materiálmi pre chladiče sú zliatiny medi a hliníka.Opäť však platí, že rýchlosť prenosu tepla závisí od konštrukcie chladiča.

Ako funguje chladič?

Chladiče sú vyrobené z materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou, ako je meď a hliník s rebrami.Prichytáva sa k vyhrievaným komponentom a absorbuje teplo.Absorbované teplo sa potom rozptýli do okolitého prostredia vedením, prúdením alebo žiarením.

Aké sú konštrukčné kroky pre chladiče?

Tu sú kroky;

1. Výber materiálu
2. fixácia tvaru, veľkosti a usporiadania plutiev
3. Upevnenie nástavca (chladič a komponent zariadenia)
4. Tepelné prepojenie rebier
5. Tepelná simulácia CAD dizajnu

Aké sú bežné výrobné postupy pre chladič?

Bežným prístupom je CNC obrábanie, odlievanie, kovanie, razenie a 3D tlač.