Короткий огляд дизайну та виробництва радіатора

Останнє оновлення:09/01;Час на читання: 6 хв

Тепловідвід

Радіатор — це термодинамічний пристрій, який відводить тепло від механічних, електричних та електронних систем.У різних пристроях і машинах важливо підтримувати температурний діапазон у певних межах, щоб підтримувати функціональність цього пристрою або машини.Тут грає роль радіаторів.Наприклад, потужне обладнання вашого ноутбука в різних галузях потребує розсіювання тепла.Тож подумайте, наскільки широко він використовується в сучасному світі технологій.Радіатори розсіюють тепло, передаючи його регульованому середовищу, такому як повітря або рідина, а потім витісняють його з пристрою та середовища передачі.

У цій статті буде коротко описаноробота радіатора, етапи проектування та підходи до виробництва.

Робота радіатора

Закон теплопередачі Фур’є, який стверджує, що тепло завжди переходить від середовища з високою температурою до середовища з низькою температурою, забезпечує основу для функціонування радіатора.У той час як пристрої виробляють тепло, яке є гарячішим за навколишнє повітря чи рідину, вони передають це тепло шляхом провідності, конвекції або іноді випромінювання до більш холодного контакту.

Давайте подивимося на блок-схему нижче, щоб отримати чітке уявлення про роботу радіатора;

Технологічна схема роботи радіатора

·   Пасивні тепловідводи

Пасивні радіатори природним чином передають поглинене тепло навколишньому повітрю без силової конвекції, наприклад вентилятора або циркуляції води навколо них.Вони, як правило, мають велику форму та містять ряд плавників, відкритих для зовнішнього середовища.

·   Активний тепловідвід

Активний радіатор складається з додаткового вентилятора або повітродувки та рідини, налаштованої для видалення тепла, крім природного підходу.Ця додаткова установка збільшує процес розсіювання тепла за рахунок процесу примусової конвекції.Наприклад, коли вентилятор працює, він збільшує швидкість повітря та швидко передає тепло від радіатора в навколишнє середовище.

Розрахунок теплового опору

При проектуванні радіатора розраховується загальний тепловий опір (R_hs) відіграє життєво важливу роль у розумінні потенційної продуктивності та ефективності, тому давайте подивимося, як це можна розрахувати;

R_hs= (Т_j-T_a/P) – (R_th-jc) – Р_I

P= Загальне розсіяне тепло

T_I= Максимальна температура з’єднання пристрою при 0C.

R_th-jc= Термічний опір з’єднання з корпусом

T_a= Температура навколишнього повітря при⁰C.

R_I= Опір матеріалу розділу

R_я= (т/Д х Ш х К_I)

t = товщина матеріалу розділу

K_I=Теплопровідність матеріалу розділу

L = довжина джерела тепла

W = ширина джерела тепла

Конструкція радіатора

У проектуванні є кілька етапів.Давайте коротко розглянемо кожен з них.

1.          Підбір матеріалу

Теплопровідність є однією з важливих характеристик матеріалу радіатора, оскільки вона дозволяє швидко передавати тепло від нагрітого компонента пристрою до радіатора та навколишньому середовищу.

Двома основними матеріалами, які використовуються для виготовлення радіаторів, є сплави міді та алюмінію.Це пояснюється тим, що вони мають чудові механічні властивості, такі як міцність, стійкість до корозії, довговічність і висока теплопровідність.Однак, хоча він досить дорогий, алмаз (2000 Вт/м/к) може бути ідеальним матеріалом для радіаторів у високопродуктивних і точних електронних пристроях.

На додаток до частин електроніки, літій-іонні батареї виробляють необхідне розсіювання тепла.У такій ситуації мідь або алюміній можуть бути не оптимальними матеріалами для радіатора.

Рішення автомобільної промисловості для керування теплом – це матеріал з вуглецевого волокна з неймовірною провідністю.

2.          Розташування ребер і потік повітря

Іншим фактором, який впливає на продуктивність радіатора, є теплоносій, який значно впливає на швидкість розсіювання тепла.Тому, будуючи радіатор, форму, розмір і розташування ребер є важливими аспектами, які слід враховувати.Використання техніки параметричної оптимізації є найкращим варіантом для пошуку ідеальних значень параметрів, які відповідають заявленим обмеженням і досягають цілей проектування.

• Збільште простір між ребрами, щоб покращити потік повітря та зменшити термічний опір.

• Оскільки більша площа поверхні збільшує теплопровідність і конвекцію, сприяючи розсіюванню тепла, розгляньте можливість збільшення товщини та висоти.

• Створіть менший тепловий прикордонний шар, а напрямок повітряного потоку було розроблено під ідеальним кутом до радіатора, щоб підвищити ефективність ребра.

• Після підготовки конструкції ребер за допомогою CAD ви можете змоделювати сценарій теплопередачі, щоб оптимізувати його ефективність.

3.          Кріплення радіатора

Спосіб підключення раковини до нагрівального елементу пристрою також впливає на її роботу.Виберіть найкращий спосіб з’єднання, який максимізує швидкість передачі тепла, використовуючи розпірки, плоскі пружинні затискачі, епоксидну смолу та термострічку.

4.          Термоінтерфейс

Дефекти та шорсткість поверхні радіатора відіграють роль у збільшенні термічного опору за рахунок зменшення площі теплового контакту та тиску на межі розділу.Для подолання цієї проблеми найкращим вибором є термоінтерфейсні матеріали.Використання рідких полімерів, воску, алюмінію, графіту, стрічок на поверхні радіаторів і нагрівальних елементів приладів знижує термічний опір.

5.          Симуляція

Симуляція конструкції важлива для віртуального перегляду продуктивності радіатора.Комп’ютерне моделювання дає ідею для вдосконалення та підтверджує проект, чи підходить він для необхідних програм чи ні.

Виробничий процес для радіатора

Після термічного моделювання дизайну радіаторів, тепер його повернули до виробництва.Давайте детально розглянемо різні виробничі процеси;

1.          Обробка з ЧПУ

Тепловідвід, виготовлений за допомогою обробки з ЧПУ

Обробка з ЧПУє найкращим підходом для виготовлення радіаторів складних форм.Такий підхід надає дизайнерам велику гнучкість.Цілий металевий блок використовується для створення раковини, де необхідні ребра вирізаються на верстатах з ЧПК і згинаються від основи блоку.Однак це трудомісткий і дороговартісний спосіб.

2.          Екструзія

Одним із найпоширеніших процесів виробництва радіаторів єекструзія, який передбачає пресування гарячих заготовок пластичного матеріалу у високоміцну сталеву матрицю для створення пластинчастих пластин.Вони використовуються для більшості систем охолодження з використанням алюмінієвих радіаторів.Звичайно, алюміній є найбільш широко використовуваним матеріалом для виробництва радіаторів.

Тепловідвід виготовлений за допомогою екструзії 

Це недорога і проста процедура.Радіатори можна використовувати в різних робочих середовищах.Однак через обмеження максимальної ширини екструзії його не можна використовувати з радіаторами з широкими ребрами.

3.          Кастинг

Радіатор, виготовлений за допомогою лиття

Влиттярадіатора,алюміній, мідь або цинк є звичайними матеріалами.У цьому процесі злитки вибраних матеріалів спочатку розплавляються та вводяться в матрицю радіатора під певним тиском.Після того, як введений рідкий матеріал затвердів у матриці, він вивільняється, і виконується подальша мінімальна механічна обробка для усунення будь-яких дефектів поверхні.Найкраще отримувати складні форми з високою точністю.

4.          Холодне кування

Тепловідвід холодного кування

Це ще один високоточний підхід до виробництва радіаторів, придатних для алюмінію та його сплавів.Хоча він також застосовний для міді та бронзи.Холодне кування використовує екстремальний тиск і деформує металеву форму при кімнатній температурі, щоб створити круглі та еліптичні штифти для радіатора.Крім того, з нього виготовляють ребра високої щільності, що покращить тепловіддачу в умовах високошвидкісного повітряного потоку.

5.          3D друк

3D-друкований радіатор

Розвиток 3D-друку як методу виробництва радіаторів став результатом технічного прогресу.Технології порошкового плавлення та спрямованого енергетичного осадження є двома найпопулярнішими методами друку радіаторів.

6.          Штампування

Тепловідвід виготовлений методом холодного штампування 

Theштампуванняметод використовується там, де необхідно побудувати теплові трубки всередині ребер.Потім шляхом пресування металевих смуг виготовляють ребра.У випадках, коли використовується технологія високошвидкісного штампування, вона особливо ефективна для масового виробництва.Тим не менш, ціна висока.

Висновок

Радіатори є важливими в механічних, електричних та електронних пристроях.У цій статті я детально розглянув процес проектування та виробництва електронних пристроїв.Конструкція радіаторів значною мірою впливає на швидкість розсіювання тепла, тому для оптимізації продуктивності важливо дотримуватися кожного етапу проектування.Крім того, теплове моделювання після проектування допомагає зрозуміти практичний сценарій роботи та покращити дизайн.

Тут, у ProleanHub, у нас працюють дизайнери з більш ніж десятирічним досвідом і передовими виробничими підрозділами.Ми надаємо першокласні послуги з проектування та виробництва радіаторів.Крім того, наші інженери-механіки моделюють конструкцію для покращення функціональності та продуктивності.Нарешті, наш відділ контролю якості контролює кожен етап виробництва, тож вам не доведеться йти на компроміс із якістю наших послуг, якщо вам потрібне виробництво радіаторів, простозв'яжіться з нами.

Поширені запитання

Як я можу підвищити ефективність радіаторів?

Ефективність можна підвищити декількома способами, включаючи зниження термостійкості, оптимізацію розміру, форми та розташування ребер, а також покращення інтерфейсу ребер.

Який найкращий матеріал для радіаторів?

Кращими матеріалами для радіаторів є сплави міді та алюмінію.Знову ж таки, швидкість теплопередачі залежить від конструкції радіатора.

Як працює радіатор?

Радіатори виготовлені з матеріалів з високою теплопровідністю, таких як мідь і алюміній з ребрами.Він прикріплюється до нагрітих компонентів і поглинає тепло.Потім поглинене тепло розсіюється в навколишньому середовищі через провідність, конвекцію або випромінювання.

Які етапи проектування радіаторів?

Ось кроки;

1. Підбір матеріалу
2. фіксація форми, розміру та розташування плавників
3. Фіксація кріплення (радіатор і компонент пристрою)
4. Термоінтерфейс ребер
5. Теплове моделювання САПР

Які загальні підходи до виготовлення радіатора?

Обробка з ЧПУ, лиття, кування, штампування та 3D-друк є поширеними підходами.