Đánh giá ngắn gọn về thiết kế và sản xuất tản nhiệt

Cập nhật lần cuối:01/09;Thời gian đọc: 6 phút

tản nhiệt

Bộ tản nhiệt là một thiết bị nhiệt động giúp loại bỏ nhiệt khỏi các hệ thống cơ, điện và điện tử.Trong các thiết bị và máy móc khác nhau, điều cần thiết là giữ phạm vi nhiệt độ trong một giới hạn cụ thể để duy trì chức năng của thiết bị hoặc máy móc đó.Ở đây vai trò của tản nhiệt phát huy tác dụng.Ví dụ, máy tính xách tay khổng lồ của bạn trong các ngành công nghiệp khác nhau cần tản nhiệt.Vì vậy, hãy nghĩ xem nó được sử dụng rộng rãi như thế nào trong thế giới công nghệ ngày nay.Bộ tản nhiệt tản nhiệt bằng cách truyền nó sang một môi trường được điều chỉnh, chẳng hạn như không khí hoặc chất lỏng, sau đó được thải ra khỏi thiết bị và môi trường truyền.

Bài viết này sẽ lướt qua một cách ngắn gọnlàm việc của tản nhiệt, các bước thiết kế và phương pháp sản xuất.

Làm việc của tản nhiệt

Định luật Fourier về truyền nhiệt, phát biểu rằng nhiệt luôn truyền từ môi trường có nhiệt độ cao sang môi trường có nhiệt độ thấp, cung cấp nền tảng cho cách thức hoạt động của bộ tản nhiệt.Mặc dù các thiết bị tạo ra nhiệt, nóng hơn không khí hoặc chất lỏng xung quanh, nhưng chúng truyền nhiệt đó bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu hoặc đôi khi là bức xạ tới một điểm tiếp xúc mát hơn.

Hãy xem lưu đồ bên dưới để có hình ảnh rõ ràng về hoạt động của bộ tản nhiệt;

Lưu đồ hoạt động của tản nhiệt

·   Tản nhiệt thụ động

Tản nhiệt thụ động truyền nhiệt hấp thụ vào không khí xung quanh một cách tự nhiên mà không cần đối lưu lực, chẳng hạn như quạt hoặc tuần hoàn nước xung quanh chúng.Chúng thường có hình dạng lớn và chứa một mảng vây tiếp xúc với môi trường bên ngoài.

·   Tản nhiệt chủ động

Bộ tản nhiệt hoạt động bao gồm quạt phụ hoặc quạt gió và chất lỏng được thiết lập để loại bỏ nhiệt khác với cách tiếp cận tự nhiên.Thiết lập bổ sung này làm tăng quá trình tản nhiệt bằng quá trình đối lưu cưỡng bức.Ví dụ, khi quạt hoạt động, nó làm tăng vận tốc không khí và nhanh chóng truyền nhiệt từ bộ phận tản nhiệt ra môi trường xung quanh.

Tính toán điện trở nhiệt

Trong quá trình Thiết kế tản nhiệt, việc tính toán tổng trở nhiệt (R_hs) đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu hiệu suất và hiệu quả tiềm năng, vì vậy hãy xem cách tính toán nó;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= Tổng nhiệt lượng tỏa ra

T_I= Nhiệt độ mối nối tối đa của thiết bị ở 0C.

R_th-jc= Mối nối với vỏ điện trở nhiệt

T_a= Nhiệt độ không khí xung quanh tại⁰C.

R_I= Điện trở của vật liệu giao diện

R_TÔI= (t/L x W x K_I)

t = độ dày của vật liệu giao diện

K_I= Độ dẫn nhiệt của vật liệu giao diện

L = Chiều dài của nguồn nhiệt

W = Chiều rộng của nguồn nhiệt

Thiết kế tản nhiệt

Có một số bước trong thiết kế.Chúng ta hãy xem xét từng người trong số họ một cách ngắn gọn.

1.          Lựa chọn vật liệu

Tính dẫn nhiệt là một trong những đặc tính cơ bản của vật liệu tản nhiệt vì nó cho phép truyền nhiệt nhanh chóng từ một bộ phận của thiết bị được làm nóng đến bồn rửa và môi trường.

Hai vật liệu chính được sử dụng để làm tản nhiệt là hợp kim đồng và nhôm.Điều này là do chúng có chất lượng cơ học tuyệt vời như độ bền, khả năng chống ăn mòn, độ bền và độ dẫn nhiệt cao.Tuy nhiên, mặc dù khá đắt tiền nhưng kim cương (2.000 W/m/k) có thể là vật liệu lý tưởng để làm tản nhiệt trong các thiết bị điện tử hiệu suất cao và chính xác.

Ngoài các bộ phận điện tử, pin lithium-ion tạo ra sự tản nhiệt là cần thiết.Trong tình huống như vậy, đồng hoặc nhôm có thể không phải là vật liệu tối ưu cho tản nhiệt.

Giải pháp quản lý nhiệt của ngành công nghiệp ô tô là vật liệu sợi carbon dẫn điện tuyệt vời hơn.

2.          Bố trí vây và luồng không khí

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất tản nhiệt là môi chất làm mát, tác động đáng kể đến tốc độ tản nhiệt.Do đó, khi xây dựng một bộ tản nhiệt, hình dạng, kích thước và cách sắp xếp cánh tản nhiệt là những khía cạnh quan trọng cần xem xét.Sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa tham số là lựa chọn tốt nhất để tìm các giá trị tham số lý tưởng để phù hợp với các hạn chế đã nêu và đạt được các mục tiêu thiết kế.

• Cải thiện khoảng cách giữa các lá tản nhiệt để cải thiện luồng không khí và giảm điện trở nhiệt.

• Vì diện tích bề mặt lớn hơn làm tăng khả năng truyền nhiệt dẫn và đối lưu, hỗ trợ quá trình tản nhiệt, nên hãy cân nhắc tăng độ dày và chiều cao.

• Tạo lớp ranh giới nhiệt nhỏ hơn, hướng luồng khí được thiết kế nghiêng một góc lý tưởng với tản nhiệt giúp tăng hiệu quả tản nhiệt.

• Sau khi chuẩn bị thiết kế cánh tản nhiệt bằng CAD, bạn có thể mô phỏng kịch bản truyền nhiệt để tối ưu hóa hiệu quả của nó.

3.          Gắn tản nhiệt

Cách bồn rửa được kết nối với bộ phận làm nóng của thiết bị cũng ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của nó.Chọn phương pháp kết nối tốt nhất giúp tối đa hóa tốc độ truyền nhiệt từ các tùy chọn miếng đệm dự phòng, kẹp lò xo phẳng, epoxy và băng nhiệt.

4.          giao diện nhiệt

Các khuyết tật và độ nhám bề mặt của tản nhiệt đóng vai trò làm tăng khả năng chịu nhiệt do giảm diện tích tiếp xúc nhiệt và áp suất phân cách.Để khắc phục vấn đề này, vật liệu giao diện nhiệt là sự lựa chọn tốt nhất.Việc sử dụng polyme lỏng, sáp, nhôm, than chì và băng dính trên bề mặt tản nhiệt và bộ phận sinh nhiệt của thiết bị sẽ làm giảm điện trở nhiệt.

5.          mô phỏng

Mô phỏng Thiết kế rất quan trọng để xem hiệu suất của tản nhiệt ảo.Mô phỏng máy tính đưa ra ý tưởng cải tiến và xác nhận Thiết kế xem nó có phù hợp với các ứng dụng được yêu cầu hay không.

Quy trình sản xuất tản nhiệt

Sau khi mô phỏng nhiệt Thiết kế của bộ tản nhiệt, bây giờ nó đã được đưa vào sản xuất.Hãy xem chi tiết quy trình sản xuất khác nhau;

1.          Cơ khí CNC

Tản nhiệt được làm bằng gia công CNC

Cơ khí CNClà phương pháp tốt nhất để sản xuất tản nhiệt cho các hình dạng phức tạp.Cách tiếp cận này mang lại rất nhiều sự linh hoạt cho các nhà thiết kế.Toàn bộ khối kim loại được sử dụng để tạo ra phần chìm nơi các cánh tản nhiệt cần thiết được cắt bằng máy CNC và uốn cong từ đế của khối.Tuy nhiên, đó là một phương pháp tốn nhiều thời gian và chi phí cao.

2.          Phun ra

Một trong những quy trình phổ biến nhất để sản xuất tản nhiệt làphun ra, bao gồm việc ép các phôi vật liệu dẻo nóng vào khuôn thép cường độ cao để tạo ra các cánh tản nhiệt dạng tấm.Chúng được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng làm mát liên quan đến tản nhiệt bằng nhôm.Tất nhiên, nhôm là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất tản nhiệt.

Tản nhiệt được làm bằng Đùn 

Đó là một thủ tục rẻ tiền và đơn giản.Các bộ tản nhiệt có thể được sử dụng trong nhiều môi trường hoạt động khác nhau.Tuy nhiên, do hạn chế về chiều rộng đùn tối đa, nó không thể được sử dụng với các bộ tản nhiệt có cánh tản nhiệt rộng.

3.          Vật đúc

Tản nhiệt làm bằng Đúc

bên trongvật đúctản nhiệt,nhôm, đồng hoặc kẽm là những vật liệu phổ biến.Trong quy trình này, các thỏi vật liệu đã chọn trước tiên được nấu chảy và bơm vào khuôn của bộ tản nhiệt với một số áp suất.Sau khi vật liệu lỏng được bơm vào được hóa rắn trong khuôn, nó sẽ được giải phóng và quá trình gia công tối thiểu tiếp theo được thực hiện để loại bỏ mọi khuyết điểm trên bề mặt.Tốt nhất là thu được các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao.

4.          rèn nguội

Tản nhiệt làm bằng rèn nguội

Đây là một phương pháp sản xuất có độ chính xác cao khác dành cho bộ tản nhiệt phù hợp với nhôm và hợp kim của nó.Mặc dù, nó cũng được áp dụng cho đồng và đồng.Rèn nguội sử dụng áp suất cực cao và làm biến dạng hình dạng kim loại ở nhiệt độ phòng để tạo ra các chốt tròn và elip cho bộ tản nhiệt.Ngoài ra, nó được sử dụng để sản xuất các lá tản nhiệt có mật độ cao, giúp tăng cường khả năng truyền nhiệt trong điều kiện luồng không khí tốc độ cao.

5.          in 3d

Tản nhiệt in 3D

Sự phát triển của in 3D như một phương pháp sản xuất tản nhiệt là kết quả của tiến bộ công nghệ.Công nghệ kết hợp giường bột và lắng đọng năng lượng định hướng là hai phương pháp phổ biến nhất trong in tản nhiệt.

6.          dập

Tản nhiệt được làm bằng dập lạnh 

Cácđóng dấuphương pháp này được sử dụng khi cần xây dựng các ống dẫn nhiệt bên trong các cánh tản nhiệt.Sau đó, bằng cách nhấn các dải kim loại, các cánh tản nhiệt được tạo ra.Trong trường hợp sử dụng công nghệ dập tốc độ cao, nó đặc biệt hiệu quả đối với sản xuất hàng loạt.Tuy nhiên, giá là cao.

Phần kết luận

Tản nhiệt rất cần thiết trong các thiết bị cơ, điện, điện tử.Trong bài viết này, tôi đã giới thiệu tổng quan về quy trình thiết kế chi tiết và sản xuất tập trung vào các thiết bị điện tử.Thiết kế của tản nhiệt ảnh hưởng lớn đến tốc độ tản nhiệt, do đó, mỗi bước thiết kế đều rất quan trọng cần tuân theo để tối ưu hóa hiệu suất.Hơn nữa, Mô phỏng nhiệt sau khi thiết kế giúp hiểu được kịch bản làm việc thực tế và cải thiện Thiết kế.

Tại ProleanHub, chúng tôi có các nhà thiết kế với hơn một thập kỷ kinh nghiệm và các đơn vị sản xuất tiên tiến.Chúng tôi cung cấp dịch vụ thiết kế và sản xuất tản nhiệt hàng đầu.Ngoài ra, các kỹ sư cơ khí của chúng tôi mô phỏng Thiết kế để cải thiện chức năng và hiệu suất.Cuối cùng, bộ phận kiểm soát chất lượng của chúng tôi giám sát từng bước sản xuất, vì vậy bạn không cần phải thỏa hiệp với chất lượng dịch vụ của chúng tôi, nếu bạn cần sản xuất tản nhiệt, chỉ cầnliên hệ chúng tôi.

câu hỏi thường gặp

Làm thế nào tôi có thể cải thiện hiệu quả của tản nhiệt?

Hiệu quả có thể được tăng lên theo nhiều cách, bao gồm giảm khả năng chịu nhiệt, tối ưu hóa kích thước, hình dạng và cách sắp xếp vây cũng như cải thiện giao diện vây.

Vật liệu tốt nhất cho tản nhiệt là gì?

Các vật liệu tốt nhất cho tản nhiệt là hợp kim đồng và nhôm.Tuy nhiên, một lần nữa, tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào Thiết kế của tản nhiệt.

Tản nhiệt hoạt động như thế nào?

Tản nhiệt được làm từ vật liệu dẫn nhiệt cao như đồng và nhôm có cánh tản nhiệt.Nó được gắn vào các bộ phận được làm nóng và hấp thụ nhiệt.Sau đó, nhiệt hấp thụ sẽ tiêu tan trong môi trường xung quanh thông qua dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ.

Nêu các bước thiết kế tản nhiệt?

Đây là các bước;

1. Lựa chọn vật liệu
2. cố định hình dạng, kích thước và cách sắp xếp các vây
3. Cố định phần đính kèm (Tản nhiệt & thành phần thiết bị)
4. Giao diện nhiệt của vây
5. Mô phỏng nhiệt của thiết kế CAD

Các phương pháp sản xuất phổ biến cho tản nhiệt là gì?

Gia công CNC, đúc, rèn, dập và in 3D là những cách tiếp cận phổ biến.