Кратак преглед дизајна и производње хладњака

Последње ажурирање:09/01;Време за читање: 6 мин

Топлотни издув

Хладњак је термодинамички уређај који уклања топлоту из механичких, електричних и електронских система.У различитим уређајима и машинама, неопходно је одржавати температурни опсег унутар одређене границе да би се одржала функционалност тог уређаја или машине.Овде долази до улоге хладњака.На пример, тешке машине вашег лаптопа у различитим индустријама морају да расипају топлоту.Зато размислите колико се широко користи у данашњем свету технологије.Хладњаци расипају топлоту преносећи је на регулисани медијум, као што је ваздух или течност, а затим се избацују из апарата и медијума за пренос.

Овај чланак ће укратко проћи крозрад хладњака, кораци дизајна и производни приступи.

Рад хладњака

Фуријеов закон преноса топлоте, који каже да топлота увек тече са високе температуре на медијум ниске температуре, пружа основу за функционисање хладњака.Док уређаји производе топлоту, која је топлија од околног ваздуха или течности, они ту топлоту преносе проводношћу, конвекцијом или повремено зрачењем на хладнији контакт.

Погледајмо доњи дијаграм тока за јасну слику рада хладњака;

Дијаграм тока за рад хладњака

·   Пасивни хладњаци

Пасивни хладњаци природно преносе апсорбовану топлоту у амбијентални ваздух без конвекције силе, као што је вентилатор или циркулација воде око њих.Они су обично великог облика и садрже низ пераја изложен спољашњем окружењу.

·   Активни хладњак

Активни хладњак се састоји од додатног вентилатора или дуваљке и течности постављених за уклањање топлоте осим природног приступа.Ово додатно подешавање повећава процес дисипације топлоте процесом принудне конвекције.На пример, када вентилатор ради, он повећава брзину ваздуха и брзо преноси топлоту са хладњака у околину.

Прорачун топлотног отпора

Током пројектовања хладњака, израчунавање укупног топлотног отпора (Р_hs) игра виталну улогу у разумевању потенцијалних перформанси и ефикасности, па хајде да видимо како се може израчунати;

R_хс= (Т_j-T_a/П) – (Р_тх-јц) – Р_I

П= Укупна дисипирана топлота

T_I= Максимална температура споја уређаја на 0Ц.

R_тх-јц= термичка отпорност споја на кућиште

T_a= Температура амбијенталног ваздуха на⁰C.

R_I= Отпорност материјала интерфејса

R_И= (т/Д к Ш к К_I)

т = дебљина материјала интерфејса

K_I=Топлотна проводљивост материјала интерфејса

Л = Дужина извора топлоте

В =Ширина извора топлоте

Дизајн хладњака

Постоји неколико корака у пројектовању.Хајде да укратко погледамо сваки од њих.

1.          Избор материјала

Топлотна проводљивост је једна од битних карактеристика материјала хладњака јер омогућава брз пренос топлоте са загрејане компоненте уређаја на одвод и околину.

Два основна материјала која се користе за прављење хладњака су легуре бакра и алуминијума.То је зато што имају одличне механичке квалитете као што су чврстоћа, отпорност на корозију, издржљивост и висока топлотна проводљивост.Међутим, иако је прилично скуп, дијамант (2.000 В/м/к) може бити идеалан материјал за хладњаке у електронским уређајима високих перформанси и прецизности.

Поред електронских делова, неопходно је и литијум-јонске батерије које производе расипање топлоте.У таквој ситуацији, бакар или алуминијум можда нису оптимални материјали за хладњак.

Решење аутомобилске индустрије за управљање топлотом је материјал од угљеничних влакана фантастичније проводљивости.

2.          Распоред пераја и проток ваздуха

Још један фактор који утиче на перформансе хладњака је медијум за хлађење, који значајно утиче на брзину одвођења топлоте.Стога, када правите хладњак, облик, величина и распоред пераја су важни аспекти које треба узети у обзир.Коришћење технике параметарске оптимизације је најбоља опција за проналажење идеалних вредности параметара који одговарају наведеним ограничењима и постизање циљева дизајна.

• Побољшајте простор између пераја да бисте побољшали проток ваздуха и смањили топлотни отпор.

• Пошто већа површина повећава проводљивост и конвекцијски пренос топлоте, помажући у дисипацији топлоте, размислите о повећању дебљине и висине.

• Направите мањи термички гранични слој, а смер струјања ваздуха је дизајниран под идеалним углом са хладњаком да би се повећала ефикасност пераја.

• Након што припремите дизајн ребара помоћу ЦАД-а, можете симулирати сценарио преноса топлоте да бисте оптимизовали његову ефикасност.

3.          Причвршћивање хладњака

Начин на који је судопер повезан са грејним елементом уређаја такође утиче на то колико добро функционише.Изаберите најбољи начин повезивања који максимизира брзину преноса топлоте од одстојника, равних опружних копчи, епоксида и опција термалне траке.

4.          Термички интерфејс

Дефекти и храпавост површине хладњака играју улогу у повећању топлотног отпора услед смањења површине термичког контакта и притиска на интерфејсу.Да бисте превазишли овај проблем, материјали са термичким интерфејсом су најбољи избор.Коришћење течних полимера, воска, алуминијума, графита и трака на површини хладњака и грејног елемента уређаја смањује топлотни отпор.

5.          Симулација

Симулација дизајна је значајна за виртуелно увид у перформансе хладњака.Компјутерска симулација даје идеју за побољшање и потврђује дизајн да ли је погодан за тражене апликације или не.

Процес производње хладњака

Након термичке симулације дизајна хладњака, сада се окреће производњи.Погледајмо детаљно различите производне процесе;

1.          ЦНЦ-Мацхининг

Расхладни елемент направљен ЦНЦ обрадом

ЦНЦ обрадаје најбољи приступ за производњу хладњака за сложене облике.Овај приступ даје велику флексибилност дизајнерима.Читав блок метала се користи за прављење судопера где се потребна ребра секу са ЦНЦ машинама и савијају од основе блока.Међутим, то је дуготрајна и скупа метода.

2.          Екструзија

Један од најчешћих процеса за производњу хладњака јеекструзија, што укључује пресовање врућих гредица дуктилног материјала у челичну матрицу високе чврстоће да би се створила плочаста ребра.Користе се за већину апликација за хлађење које укључују алуминијумске хладњаке.Наравно, алуминијум је најчешће коришћени материјал за производњу хладњака.

Расхладни елемент направљен екструзијом 

То је јефтина и једноставна процедура.Хладњаци се могу користити у различитим радним окружењима.Међутим, због ограничења максималне ширине екструзије, не може се користити са хладњацима који имају широка ребра.

3.          Ливење

Расхладни елемент направљен од ливења

Уливењехладњака,алуминијум, бакар или цинк су уобичајени материјали.У овом процесу, инготи одабраних материјала се прво топе и убризгавају у матрицу хладњака уз одређени притисак.Након што се убризгани течни материјал очврсне у калупу, он се ослобађа, а даља минимална обрада се ради како би се елиминисала било каква површинска несавршеност.Најбоље је добити сложене облике са високим степеном тачности.

4.          Хладно ковање

Расхладни елемент направљен хладним ковањем

То је још један високопрецизан производни приступ за хладњаке погодне за алуминијум и његове легуре.Иако је примењив и за бакар и бронзу.Хладно ковање користи екстремни притисак и деформише метални облик на собној температури како би се створиле округле и елиптичне игле за хладњак.Поред тога, користи се за производњу пераја велике густине, што ће побољшати пренос топлоте у условима велике брзине струјања ваздуха.

5.          3Д штампање

3Д штампани расхладни елемент

Развој 3Д штампе као методе за производњу хладњака је резултат технолошког напретка.Фузија у слоју праха и технологије усмереног таложења енергије су две најпопуларније методе у штампању хладњака.

6.          Штанцање

Расхладни елемент направљен хладним штанцањем 

ТхештанцањеМетода се користи тамо где је потребно конструисати топлотне цеви унутар ребара.Затим се притиском на металне траке производе пераје.У случајевима када се користи технологија брзог штанцања, посебно је ефикасна за масовну производњу.Ипак, цена је висока.

Закључак

Хладњаци су неопходни у механичким, електричним и електронским уређајима.У овом чланку сам прегледао детаљан процес пројектовања и производње фокусиран на електронске уређаје.Дизајн хладњака у великој мери утиче на брзину дисипације топлоте, тако да је сваки корак дизајна кључан за оптимизацију перформанси.Штавише, термална симулација након пројектовања помаже да се разуме практични радни сценарио и побољша дизајн.

Овде у ПролеанХуб-у имамо дизајнере са више од деценије искуства и напредне производне јединице.Пружамо врхунске услуге пројектовања и производње хладњака.Поред тога, наши машински инжењери симулирају дизајн како би побољшали функционалност и перформансе.Коначно, наше одељење за контролу квалитета прати сваки производни корак, тако да не морате да правите компромисе са нашим квалитетом услуге, ако вам је потребна производња хладњака, самоКонтактирајте нас.

ФАК'с

Како могу побољшати ефикасност хладњака?

Ефикасност се може повећати на неколико начина, укључујући смањење отпорности на топлоту, оптимизацију величине, облика и распореда пераја и побољшање интерфејса пераја.

Који је најбољи материјал за хладњаке?

Најбољи материјали за хладњаке су легуре бакра и алуминијума.Међутим, опет, брзина преноса топлоте зависи од дизајна хладњака.

Како ради хладњак?

Хладњаци су направљени од материјала високе топлотне проводљивости као што су бакар и алуминијум са ребрима.Причвршћује се за загрејане компоненте и апсорбује топлоту.Затим се апсорбована топлота распршује у околини кроз проводљивост, конвекцију или зрачење.

Који су кораци дизајна хладњака?

Ево корака;

1. Избор материјала
2. фиксирање облика, величине и распореда пераја
3. Учвршћивање прикључка (расхладни елемент и компонента уређаја)
4. Термичко повезивање пераја
5. Термичка симулација ЦАД дизајна

Који су уобичајени производни приступи за хладњак?

ЦНЦ обрада, ливење, ковање, штанцање и 3Д штампа су уобичајени приступи.