Kratek pregled oblikovanja in izdelave hladilnika

Zadnja posodobitev:09/01;Čas za branje: 6 minut

Hladilnik

Hladilnik je termodinamična naprava, ki odvaja toploto iz mehanskih, električnih in elektronskih sistemov.Pri različnih napravah in strojih je bistveno ohraniti temperaturno območje znotraj določene meje, da se ohrani funkcionalnost te naprave ali stroja.Tu nastopi vloga hladilnih teles.Na primer, zajetni stroji vašega prenosnika v različnih panogah morajo odvajati svojo toploto.Pomislite torej, kako pogosto se uporablja v današnjem svetu tehnologije.Hladilniki odvajajo toploto tako, da jo prenesejo na reguliran medij, kot je zrak ali tekočina, nato pa jo izločijo iz aparata in medija za prenos.

Ta članek bo na kratko pregledaldelovanje hladilnega telesa, koraki načrtovanja in proizvodni pristopi.

Delovanje hladilnika

Fourierjev zakon o prenosu toplote, ki pravi, da toplota vedno teče od visokotemperaturnega medija do nizkotemperaturnega medija, je osnova za delovanje hladilnega telesa.Medtem ko naprave proizvajajo toploto, ki je bolj vroča od okoliškega zraka ali tekočine, to toploto prenesejo s prevodnostjo, konvekcijo ali občasno sevanjem na hladnejši kontakt.

Oglejmo si spodnji diagram poteka za jasno sliko delovanja hladilnega telesa;

Diagram poteka za delovanje hladilnega telesa

·   Pasivni hladilniki

Pasivni hladilni odvodi naravno prenašajo absorbirano toploto v okoliški zrak brez konvekcije sile, kot je ventilator ali kroženje vode okoli njih.Običajno so velike oblike in vsebujejo niz plavuti, ki je izpostavljen zunanjemu okolju.

·   Aktivni hladilnik

Aktivni hladilnik je sestavljen iz dodatnega ventilatorja ali puhala in tekočine, ki je nastavljena za odvajanje toplote, ki ni naravni pristop.Ta dodatna nastavitev poveča proces odvajanja toplote s postopkom prisilne konvekcije.Na primer, ko ventilator deluje, poveča hitrost zraka in hitro prenese toploto iz hladilnega telesa v okolico.

Izračun toplotne odpornosti

Med načrtovanjem hladilnega telesa je treba izračunati skupni toplotni upor (R_hs) ima ključno vlogo pri razumevanju potencialne zmogljivosti in učinkovitosti, zato poglejmo, kako jo je mogoče izračunati;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P = Skupna odvedena toplota

T_I= Najvišja temperatura stika naprave pri 0C.

R_th-jc= Toplotna odpornost spoja na ohišje

T_a= Temperatura okoliškega zraka pri⁰C.

R_I= Odpornost vmesnika

R_jaz= (t/D x Š x K_I)

t = debelina vmesnika

K_I= Toplotna prevodnost vmesnika

L = dolžina vira toplote

W = širina vira toplote

Zasnova hladilnega telesa

Pri oblikovanju je več korakov.Oglejmo si vsakega od njih na kratko.

1.          Izbira materiala

Toplotna prevodnost je ena od bistvenih lastnosti materiala hladilnega telesa, ker omogoča hiter prenos toplote od segrete komponente naprave do ponora in okolja.

Dva primarna materiala, ki se uporabljata za izdelavo hladilnih teles, sta bakrene in aluminijeve zlitine.To je zato, ker imajo odlične mehanske lastnosti, kot so trdnost, odpornost proti koroziji, vzdržljivost in visoka toplotna prevodnost.Čeprav je diamant (2000 W/m/k) precej drag, je lahko idealen material za toplotne odvode v visokozmogljivih in natančnih elektronskih napravah.

Poleg elektronskih delov, litij-ionske baterije proizvajajo potrebno odvajanje toplote.V takem primeru baker ali aluminij morda nista najboljša materiala za hladilno telo.

Rešitev avtomobilske industrije za upravljanje toplote je material iz ogljikovih vlaken z boljšo prevodnostjo.

2.          Razporeditev plavuti in pretok zraka

Drugi dejavnik, ki vpliva na delovanje hladilnega telesa, je hladilni medij, ki pomembno vpliva na stopnjo odvajanja toplote.Zato so pri izdelavi hladilnega telesa pomembni vidiki, ki jih je treba upoštevati oblika, velikost in razporeditev reber.Uporaba tehnike parametrične optimizacije je najboljša možnost za iskanje idealnih vrednosti parametrov, ki ustrezajo navedenim omejitvam in dosegajo cilje načrtovanja.

• Izboljšajte prostor med rebri, da izboljšate pretok zraka in zmanjšate toplotni upor.

• Ker večja površina poveča prevodnost in konvekcijski prenos toplote, kar pomaga pri odvajanju toplote, razmislite o povečanju debeline in višine.

• Ustvarite manjšo toplotno mejno plast, smer zračnega toka pa je bila zasnovana pod idealnim kotom glede na hladilno telo, da se poveča učinkovitost rebra.

• Ko pripravite zasnovo reber s CAD, lahko simulirate scenarij prenosa toplote, da optimizirate njegovo učinkovitost.

3.          Pritrditev hladilnega telesa

Način, kako je umivalnik povezan z grelnim elementom naprave, vpliva tudi na njegovo dobro delovanje.Izberite najboljši način povezovanja, ki maksimira stopnjo prenosa toplote iz distančnikov, ploščatih vzmetnih sponk, epoksi smole in termičnih trakov.

4.          Toplotni vmesnik

Napake in površinska hrapavost hladilnega telesa igrajo vlogo pri povečanju toplotnega upora zaradi zmanjšanja toplotne kontaktne površine in tlaka na vmesniku.Za premagovanje te težave so najboljša izbira materiali za termični vmesnik.Uporaba tekočih polimerov, voska, aluminija, grafita in trakov na površini hladilnika in grelnega elementa naprav zmanjša toplotni upor.

5.          Simulacija

Simulacija zasnove je pomembna za virtualni ogled delovanja hladilnega telesa.Računalniška simulacija poda idejo za izboljšavo in potrdi načrt, ali je primeren za zahtevane aplikacije ali ne.

Proizvodni proces za toplotno telo

Po toplotni simulaciji zasnove hladilnih teles je zdaj na vrsti proizvodnja.Oglejmo si podrobno različne proizvodne procese;

1.          CNC-obdelava

Hladilnik izdelan s CNC obdelavo

CNC obdelavaje najboljši pristop za proizvodnjo hladilnikov za kompleksne oblike.Ta pristop daje oblikovalcem veliko prilagodljivosti.Celoten kovinski blok je uporabljen za izdelavo umivalnika, kjer so zahtevana rebra izrezana s CNC stroji in upognjena od podnožja bloka.Vendar je to dolgotrajna in draga metoda.

2.          Ekstrudiranje

Eden najpogostejših postopkov za proizvodnjo toplotnih odvodov jeekstrudiranje, ki vključuje stiskanje vročih gredic iz nodularnega materiala v visoko trdno jekleno matrico za ustvarjanje ploščatih reber.Uporabljajo se za večino hladilnih aplikacij, ki vključujejo aluminijasta hladilna telesa.Seveda je aluminij najpogosteje uporabljen material za izdelavo hladilnih teles.

Hladilnik izdelan z ekstruzijo 

Je poceni in enostaven postopek.Hladilna telesa se lahko uporabljajo v različnih delovnih okoljih.Vendar ga zaradi največje omejitve širine iztiskanja ni mogoče uporabiti s toplotnimi odvodi, ki imajo široka rebra.

3.          Kasting

Hladilno telo, izdelano z litjem

Vulivanjehladilnega telesa,aluminij, baker ali cink so običajni materiali.V tem procesu se ingoti izbranih materialov najprej stopijo in z nekaj pritiska vbrizgajo v matrico hladilnega telesa.Ko se vbrizgani tekoči material strdi v matrici, se sprosti in izvede se nadaljnja minimalna strojna obdelava, da se odpravijo morebitne površinske nepopolnosti.Najbolje je dobiti zapletene oblike z visoko stopnjo natančnosti.

4.          Hladno kovanje

Hladno telo izdelano s hladnim kovanjem

To je še en visoko natančen proizvodni pristop za toplotne odvode, primerne za aluminij in njegove zlitine.Čeprav se uporablja tudi za baker in bron.Hladno kovanje uporablja izjemen pritisk in deformira kovinsko obliko pri sobni temperaturi, da ustvari okrogle in eliptične zatiče za hladilno telo.Poleg tega se uporablja za izdelavo reber z visoko gostoto, ki bo povečala prenos toplote v pogojih visoke hitrosti zračnega toka.

5.          3D tiskanje

3D natisnjen hladilnik

Razvoj 3D-tiska kot metode za izdelavo toplotnih odvodov je posledica tehnološkega napredka.Tehnologija fuzije s plastjo prahu in usmerjenega nanašanja energije sta dve najbolj priljubljeni metodi pri tiskanju toplotnih odvodov.

6.          Žigosanje

Hladilnik, narejen s hladnim žigosanjem 

ThežigosanjeMetoda se uporablja tam, kjer je treba zgraditi toplotne cevi znotraj reber.Nato se s stiskanjem kovinskih trakov izdelajo plavuti.V primerih, ko se uporablja tehnologija hitrega žigosanja, je še posebej učinkovita pri masovni proizvodnji.Kljub temu je cena visoka.

Zaključek

Toplotni odvodi so bistveni v mehanskih, električnih in elektronskih napravah.V tem članku sem pregledal podroben proces načrtovanja in proizvodnje, osredotočen na elektronske naprave.Zasnova hladilnih teles močno vpliva na stopnjo odvajanja toplote, zato je za optimizacijo delovanja ključnega pomena slediti vsakemu koraku načrtovanja.Poleg tega toplotna simulacija po načrtovanju pomaga razumeti praktični delovni scenarij in izboljšati načrt.

Tukaj v ProleanHubu imamo oblikovalce z več kot desetletjem izkušenj in naprednimi proizvodnimi enotami.Nudimo vrhunske storitve oblikovanja in izdelave hladilnih teles.Poleg tega naši strojni inženirji simulirajo načrt za izboljšanje funkcionalnosti in zmogljivosti.Nazadnje, naš oddelek za nadzor kakovosti spremlja vsak proizvodni korak, tako da vam ni treba sklepati kompromisov z našo kakovostjo storitev, če potrebujete proizvodnjo hladilnega telesa, samokontaktiraj nas.

Pogosta vprašanja

Kako lahko izboljšam učinkovitost hladilnikov?

Učinkovitost je mogoče povečati na več načinov, vključno z zmanjšanjem toplotne odpornosti, optimizacijo velikosti, oblike in razporeditve rebra ter izboljšanjem vmesnika rebra.

Kateri je najboljši material za hladilnike?

Najboljši materiali za hladilnike so bakrene in aluminijeve zlitine.Vendar pa je stopnja prenosa toplote spet odvisna od zasnove hladilnega telesa.

Kako deluje hladilno telo?

Hladilniki so izdelani iz materialov z visoko toplotno prevodnostjo, kot sta baker in aluminij z rebri.Pritrdi se na segrete komponente in absorbira toploto.Nato se absorbirana toplota razprši v okolico s prevodnostjo, konvekcijo ali sevanjem.

Kakšni so koraki načrtovanja za odvode toplote?

Tukaj so koraki;

1. Izbira materiala
2. določitev oblike, velikosti in razporeditve plavuti
3. Pritrditev pritrditve (hladilnega telesa in komponente naprave)
4. Toplotna povezava reber
5. Toplotna simulacija načrtovanja CAD

Kakšni so običajni proizvodni pristopi za hladilno telo?

CNC obdelava, litje, kovanje, žigosanje in 3D tiskanje so običajni pristopi.