ما هي الموصلية الحرارية للمشتت الحراري بوحدة W/م كلفن؟

هل أنت مرتبك من جميع الأرقام الحرارية في مواصفات المشتت الحراري؟ أنت لست الوحيد. العديد من المشترين لا يفهمون ما تعنيه W/m-K أو سبب أهميتها في الاستخدام الواقعي.

تتراوح الموصلية الحرارية للمشتتات الحرارية للألومنيوم عادةً من 150 إلى 235 واط/م-ك حسب السبيكة والمعالجة.

لكن هذا الرقم وحده لا يروي القصة كاملة. دعنا نحلل الأمر ونفهم ما يؤثر حقاً على الأداء الحراري.

كيف يتم اختبار الأداء الحراري للمشتت الحراري؟

يعتقد الناس أحيانًا أن الأداء الحراري هو مجرد رقم من ورقة البيانات. ولكن في الواقع، يتم قياسه بعناية تحت ظروف اختبار مضبوطة.

يتم اختبار الأداء الحراري من خلال تطبيق الحرارة على القاعدة وقياس مدى سرعة تبددها من خلال الزعانف في بيئة معينة.

يستخدم المصنعون اختبارات موحدة لتحديد المقاومة الحرارية وتبديد الحرارة. إليك ما تبدو عليه العملية النموذجية:

إعداد الاختبار القياسي

تتضمن نتائج الاختبار عادةً ما يلي

• المقاومة الحرارية (درجة مئوية/ثانية) - الأقل أفضل
• تبديد الحرارة (W) - مقدار الطاقة التي يمكنها التعامل معها
• دلتا درجة الحرارة (ΔT) - الفرق بين القاعدة والمحيط

عندما بدأت في البحث عن المشتتات الحرارية لأول مرة، أسأت فهم المواصفات التي تقول "المقاومة الحرارية = 2.5 درجة مئوية/ثانية". ظننت أنها سيئة. لكن بالنسبة لمشتت حراري سلبي من الألومنيوم بدون مروحة، كان ذلك في الواقع جيدًا في فئته.

ما العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري في المشتتات الحرارية؟

من السهل أن تعتقد أن جميع المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم تعمل بنفس الأداء. لكن هذا ليس صحيحاً. هناك العديد من العوامل الفيزيائية والتصميمية التي تؤثر على مدى جودة انتقال الحرارة عبر المادة.

يمكن أن يؤثر كل من نوع السبيكة والبنية المجهرية والتشطيب السطحي وأي شوائب أو معالجات على التوصيل الحراري للمشتت الحراري.

دعونا نقسم هذا إلى فئات واضحة:

خواص المواد التي تؤثر على التوصيلية

عوامل التصميم والمعالجة

لقد قارنت ذات مرة بين بالوعتين حراريتين مصنوعتين من سبائك ألومنيوم مختلفة. كان لأحدهما موصلية 230 واط/م-كلفن والآخر 170 فقط. كان لدى الأقل محتوى معاد تدويره وشوائب أكثر، مما أثر على قدرة التبريد بشكل كبير تحت الحمل.

هل الواط/م-ك الأعلى دائمًا أفضل للمشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم؟

غالبًا ما يسعى المشترون وراء أعلى رقم W/m-K، ظنًا منهم أنه يضمن أداءً أفضل. لكن الأمر ليس بهذه البساطة في التطبيقات الواقعية.

ارتفاع W/m-K يعني نقل أسرع للحرارة، ولكنه لا يضمن تبريدًا أفضل بدون تصميم مناسب وتدفق هواء وجودة تلامس.

دعونا نقارن بين بالوعتين حراريتين افتراضيتين:

جدول المقارنة

في الاختبارات الحقيقية، كان أداء الموديل B أفضل - حتى مع انخفاض الموصلية - لأن تصميمه ساعد في تدفق الهواء وملامسة مساحة السطح.

العوامل الرئيسية الأخرى إلى جانب W/م-ك

• جودة التلامس من القاعدة إلى الزعنفة
• مساحة السطح (كثافة الزعانف)
• اتجاه تدفق الهواء وحجمه
• ضغط التركيب والمعجون الحراري

قام أحد عملائنا بالترقية إلى بالوعة حرارية أكثر توصيلاً للحرارة ولكنه رأى نتائج أسوأ. اتضح أن الجزء الجديد لديه عدد أقل من الزعانف ولم يتوافق مع قنوات تدفق الهواء. لم يساعد ارتفاع W/m-K في ذلك.

هل تؤثر المعالجات السطحية على قيم التوصيل الحراري؟

قد يعجبك مظهر البالوعات الحرارية المؤكسدة أو المطلية. ولكن هل تؤثر هذه التشطيبات على الأداء؟ الإجابة هي نعم ولا.

يمكن أن تقلل المعالجات السطحية مثل الطلاء بأكسيد الألومنيوم من التوصيل الحراري على السطح بشكل طفيف، ولكنها قد تحسن من نقل الحرارة الإشعاعية.

كيف تؤثر التشطيبات على التدفق الحراري

لماذا يكون أداء بعض الأحواض المعالجة أفضل

يمكن للطلاء الأسود المؤكسد تحسين الإشعاع الحراري، خاصةً في البيئات الخاملة أو منخفضة تدفق الهواء. وهذا يساعد على تعويض الانخفاض الطفيف في التوصيل.

لقد طلب زبائني أحواض غير مؤكسدة ظنًا منهم أنها ستكون أكثر كفاءة. ولكن في العديد من الاستخدامات الخارجية، تدهور الألومنيوم غير المطلي بشكل أسرع بسبب التآكل، مما أدى إلى ضعف الأداء على المدى الطويل.

الخاتمة

التوصيل الحراري رقم مفيد - ولكنه ليس الرقم الوحيد المهم. يمكن أن يتفوق المشتت الحراري المصمم بشكل جيد والمركب بشكل صحيح مع توصيل حراري متوسط على المشتت الحراري عالي التوصيل المدمج بشكل سيء. انظر إلى النظام الكامل، وليس فقط ورقة المواصفات.