ما هو الحد الأدنى لسُمك الزعانف والمسافات الممكنة؟

هل سبق لك أن حاولت تحسين التبريد عن طريق حشر المزيد من الزعانف في المشتت الحراري؟ إنها فكرة مغرية - ولكن هناك حدود مادية لمدى رقة أو قرب تلك الزعانف.

يبلغ الحد الأدنى لسمك الزعانف للألومنيوم المبثوق عادةً حوالي 0.8 مم، وأقرب مسافة قياسية للزعانف هي حوالي 1.5 مم.

لكن دفع حدود حجم الزعانف وتباعدها لا يتعلق فقط بالهندسة، بل يؤثر على التكلفة وقابلية التصنيع والأداء الحراري. دعونا نلقي نظرة على كيفية ارتباط كل هذه العوامل.

كيف يؤثر تباعد الزعانف على أداء التبريد؟

يبدو الأمر منطقيًا: المزيد من الزعانف يعني مساحة سطح أكبر، وبالتالي المزيد من التبريد، أليس كذلك؟ ليس دائمًا. إذا لم يتمكن الهواء من التدفق بين الزعانف، فإن كل هذه المساحة السطحية تضيع.

يؤثر تباعد الزعانف بشكل مباشر على كيفية تحرك الهواء عبر المشتت الحراري. إذا كانت ضيقة جدًا، فسيكون تدفق الهواء مقيدًا؛ وإذا كانت عريضة جدًا، فستفقد مساحة السطح.

فيما يلي تحليل مبسط للعلاقة:

كيف يؤثر تباعد الزعانف على التبريد

الاعتبارات الرئيسية

• في الحمل الحراري الطبيعي، تساعد المسافات الأكبر على ارتفاع الهواء بين الزعانف.
• في الحمل الحراري القسري، يمكن أن تعمل المسافات الأضيق إذا كان تدفق الهواء قويًا.
• يكون تراكم الغبار أسوأ مع الزعانف الأكثر إحكامًا، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء على المدى الطويل.

في أحد مشاريع عملائنا، قللنا التباعد بين الزعانف من 2.5 مم إلى 1.2 مم متوقعين نتائج أفضل. وبدلاً من ذلك، كانت الوحدة تعمل بشكل أكثر سخونة لأن الهواء أصبح محبوسًا ولم يتمكن من الخروج بكفاءة.

هل يمكن إنتاج هياكل زعانف مخصصة حسب الطلب؟

يحتاج تصميمك في بعض الأحيان إلى شيء لا يمكن أن توفره البالوعات الحرارية الجاهزة. ربما تحتاج إلى زعانف منحنية أو صفوف متداخلة أو ارتفاع إضافي.

نعم، يمكن لمعظم المصنعين إنتاج هياكل زعانف مخصصة، بما في ذلك السماكات والأشكال والترتيبات غير القياسية.

أنواع هياكل الزعانف المخصصة

عملية التخصيص

1. إرسال رسم أو رسم تخطيطي باستخدام التصميم بمساعدة الحاسوب
2. مراجعات الشركة المصنعة الجدوى
3. يتم إعداد الأدوات للبثق أو التصنيع الآلي
4. عينات مصنوعة من أجل اختبار الملاءمة وتدفق الهواء

ما تحتاج إلى معرفته

• قد تتطلب هياكل الزعانف المخصصة رسوم الأدوات
• الحد الأدنى لكميات الطلبات شائعة
• المهل الزمنية يمكن أن تكون أطول بالنسبة للقوالب الخاصة أو الزعانف المترابطة

ساعدنا عميلاً في مجال الفضاء الجوي في تصميم بالوعة حرارية ذات تخطيط زعنفة دبوس وتباعد متغير. وقد أدى ذلك إلى تحسين التبريد بمقدار 181 تيرابايت 3 تيرابايت عن البثق القياسي، على الرغم من أن الإعداد استغرق أربعة أسابيع وكانت تكلفة القالب مخصصة.

ما هي القيود الموجودة على زعانف الألومنيوم فائقة الرقة؟

تبدو الزعانف الأقل سمكاً مثالية - فهي توفر المواد، وتسمح بمزيد من الزعانف لكل مساحة، وتقلل الوزن. لكن جعل الزعانف أرفع من اللازم له جوانب سلبية.

الزعانف الرقيقة للغاية محدودة بسبب طرق التصنيع والقوة الهيكلية ومقايضات الكفاءة الحرارية.

الحدود الرئيسية لزعانف الألومنيوم الرقيقة

حتى مع تصميمات الزعانف باستخدام الحاسب الآلي أو الزعانف الملصقة، لا تزال هناك مفاضلة. فالزعانف الرقيقة تسخن بسرعة ولكن يمكن أن تكون هشة وعرضة للانسداد بسبب الغبار.

في إحدى الحالات، طلب أحد العملاء زعانف 0.5 مم في شكل جانبي مخصص. لم نتمكن من توفير ذلك إلا باستخدام زعانف مترابطة، مما ضاعف التكلفة وزاد من تعقيد عملية التجميع.

هل تعمل الزعانف الأكثر إحكامًا دائمًا على تحسين تبديد الحرارة؟

من السهل افتراض أن المزيد من الزعانف = أداء أفضل. ولكن هذا صحيح فقط في ظل ظروف تدفق الهواء والحمل الحراري المناسب.

يمكن أن تزيد الزعانف الأكثر إحكامًا من مساحة السطح، ولكن بدون تدفق هواء أو تباعد كافٍ، قد تقلل من أداء المشتت الحراري.

لماذا لا يكون المزيد ليس دائماً أفضل

عوامل أخرى أكثر أهمية

• ارتفاع الزعنفة وعمقها تؤثر أيضًا على مساحة السطح
• توصيل المواد يؤثر على سرعة انتشار الحرارة
• تلامس قاعدة الزعنفة تحدد الجودة نقطة بدء التدفق الحراري

أتذكر أنني نصحت أحد العملاء بعدم تشديد التباعد بين الزعانف في تصميم وحدة تحكم شمسية سلبية. فقد أصروا على تباعد 1.0 مم. وبعد ستة أشهر، واجهوا مشاكل في السخونة الزائدة في البيئات المتربة واضطروا إلى العودة إلى تباعد 2.5 مم.

الخاتمة

يعمل كل من تباعد الزعانف والسماكة والهيكل معًا لتحديد مدى جودة تبريد المشتت الحراري. لا يتعلق الأمر فقط بحشر المزيد من المعدن - بل يتعلق بالموازنة بين تدفق الهواء ومساحة السطح وقيود المواد. يفوز التصميم الأكثر ذكاءً دائمًا على التخمين.