Какво се случва, ако въздушни мехурчета попаднат в плочата за охлаждане на течност?
Когато въздушни мехурчета попаднат в течна охлаждаща плоча, те безшумно нарушават ефективността на топлопреноса. Много инженери ги пренебрегват, но този дребен проблем може да доведе до прегряване или дори до повреда на системата.
Въздушните мехурчета намаляват топлинния контакт между охлаждащата течност и металните повърхности, което понижава способността на охлаждащата плоча да предава топлина. Това води до по-високи температури и възможни повреди на електронните компоненти.
Пренебрегването на този проблем е рисковано. В тази публикация ще обясня какви са причините за въздушните мехурчета, как те влияят на ефективността на охлаждането и как да ги откриете и отстраните.
Какви са причините за въздушните мехурчета в охлаждащите плочи?
Дори най-добре проектираните системи могат да задържат въздух по време на монтаж или експлоатация. Възможно е да не ги видите, но ефектът им може да се усети в работата на системата.
Въздушните мехурчета обикновено се появяват по време на пълнене, поради течове, изпускане на газ от материала или температурни промени в обема на течността.
Често срещани причини за проникване на въздух
| Източник: | Описание |
|---|---|
| Процес на пълнене | Ако охладителната течност не се пълни бавно или под вакуум, се задържа въздух. |
| Течове в уплътненията/фитингите | Микроскопичните пукнатини или разхлабените фитинги позволяват с течение на времето да проникне въздух. |
| Изпускане на газове от материала | Някои пластмаси и каучуци отделят газове при излагане на топлина. |
| Топлинно разширение | Обемът на охлаждащата течност се променя в зависимост от температурата, като по време на свиването се изтегля въздух. |
Пълнене без правилно обезвъздушаване
Ако системата не е напълнена под вакуум или не е наклонена правилно по време на пълненето, се образуват въздушни джобове. Тези джобове често се заклещват в ъглите или около ребрата, където се противопоставят на изместването.
Течове, които изглеждат безобидни
Дори пропуск в уплътнение или тръба може да доведе до бавно проникване на въздух. С течение на времето се образува значително мехурче. Често такива течове позволяват и изпаряване на охлаждащата течност, което задълбочава проблема.
Повечето въздушни мехурчета в плочите за течно охлаждане се дължат на течове в уплътненията.Фалшив
Въпреки че течовете могат да причинят проникване на въздух, лошите практики за пълнене и изпускането на газове често са по-често срещани източници.
Въздушните мехурчета могат да се образуват при температурни колебания, когато обемът на охлаждащата течност намалява.Истински
Тъй като охлаждащата течност се свива при по-ниски температури, тя може да привлече въздух, ако системата не е добре уплътнена.
Защо балоните са вредни за ефективността?
Едно въздушно мехурче може да изглежда малко, но влиянието му върху ефективността на охлаждането може да е голямо. То променя топлинния профил без предупреждение.
Мехурчетата създават изолация между охлаждащата течност и стената на охлаждащата плоча, като нарушават топлинния поток и предизвикват горещи точки.
Как въздушните мехурчета пречат на охлаждането
Въздухът е лош проводник на топлина. В сравнение с охлаждащите течности, въздухът може да изолира повърхностите, като предотвратява правилния топлинен обмен. Едно малко мехурче в зона с висока температура, например в близост до процесор или силов транзистор, може да доведе до локално прегряване.
Сравнение на коефициентите на топлопреминаване
| Вещество | Топлопроводимост (W/m-K) |
|---|---|
| Вода | ~0.6 |
| Air | ~0.025 |
| Гликол | ~0.25 |
| Мед | ~390 |
Както можете да видите, въздухът е лош проводник на топлина в сравнение с охлаждащата течност. Дори малък въздушен джоб намалява драстично топлопреноса. Този ефект е по-силен при микроканални конструкции, където пътищата на потока са тесни.
Рискове, свързани с въздушните мехурчета
- Местно прегряване: Горещите точки се образуват на местата на балоните.
- Намален живот на системата: По-високите температури ускоряват износването.
- Термично циклиране: Нередовното нагряване/охлаждане натоварва компонентите.
- Кавитация на помпата: Въздушните джобове могат да повредят лопатките на помпата.
Въздушните мехурчета намаляват топлопроводимостта и могат да създадат горещи точки в охлаждащата плоча.Истински
Въздухът действа като топлинен изолатор и нарушава контакта на флуида с нагретите повърхности, което води до неравномерно разсейване на топлината.
Наличието на въздушни мехурчета увеличава способността на охлаждащата течност да предава топлина.Фалшив
Въздушните мехурчета намаляват преноса на топлина, тъй като въздухът има много по-ниска топлопроводимост от повечето охлаждащи течности.
Как да откриете и отстраните задържания въздух?
Въздушните мехурчета не винаги издават шум. Може и да не ги виждате. Но топлинният им подпис може да ги издаде.
За да откриете задържан въздух, използвайте термовизия, наблюдение на налягането или визуална проверка по време на работа. Отстраняването на мехурчетата включва накланяне, обезвъздушаване или вакуумно пълнене на системата.
Методи за откриване
- Термокамери: Покажете горещите точки, причинени от изолацията.
- Разходомери: Намаляването на дебита може да означава запушване от мехурчета.
- Сензори за налягане: Бързите промени могат да означават срив на балона.
- Ръчна проверка: Прозрачната тръба позволява визуална проверка.
Техники за отстраняване
- Портове за обезвъздушаване: Позволете на задържания въздух да излезе през разположените отгоре вентилационни отвори.
- Система за накланяне: Пренасочване на мехурчетата към изходите.
- Работещи помпи: Рециркулацията спомага за изхвърлянето на мехурчетата.
- Метод на вакуумно пълнене: Предотвратява образуването на мехурчета от самото начало.
Стъпка по стъпка: Ръчно отстраняване на мехурчетата
- Изключете системата.
- Отворете най-високия изпускателен клапан.
- Наклонете или разклатете леко системата.
- Изчакайте да излезе целият въздух.
- Долейте охлаждащата течност, ако е необходимо.
- Запечатайте отново и започнете работа.
Вакуумното пълнене е най-ефективният начин за предотвратяване на появата на въздушни мехурчета при първоначалното пълнене с охлаждаща течност.Истински
Вакуумното пълнене отстранява целия въздух преди вкарването на охлаждащата течност, като по този начин се елиминира възможността за образуване на въздушни капанчета.
Въздушните мехурчета могат лесно да бъдат отстранени само чрез увеличаване на скоростта на помпата.Фалшив
Макар че увеличаването на потока може да помогне, то често не може да изтласка упоритите мехурчета, заседнали в сложни геометрични форми.
Какви технологии предотвратяват проникването на въздух?
Навлизането на въздух не е само недостатък на конструкцията. Това е проблем, който може да бъде решен с интелигентен избор на технология и подобрения в дизайна.
Технологии като системи за вакуумно пълнене, въздушни уловители, висококачествени уплътнения и сензори за мехурчета могат да предотвратят или управляват проникването на въздух в охлаждащите плочи.
Превантивни технологии
| Технология | Функция |
|---|---|
| Система за вакуумно пълнене | Осигурява нулево количество въздух по време на въвеждането на охлаждащата течност |
| Въздухоуловители / дегазиращи устройства | Улавяне и изпускане на мехурчета по време на работа |
| Уплътнения с висока степен на интегритет | Предотвратяване на проникването на въздух с течение на времето |
| Сензори за мехурчета | Откриване и предупреждение за задържан въздух |
Разширени функции на системата
Камери за обезгазяване
Това са специално проектирани зони, в които мехурчетата естествено се издигат и събират, като накрая излизат навън. Те се поставят в зони с нисък дебит или в близост до помпи.
Сензори за откриване на мехурчета
При тях се използват ултразвукови или оптични техники за откриване на въздух в охлаждащата течност. Когато се открие въздух, системата може да намали скоростта, да се изключи или да предупреди потребителя.
Избор на материал
Използването на материали с ниска степен на изпускане на газове (като PTFE, PFA) предотвратява натрупването на газ във вътрешността с течение на времето, което спомага за запазването на системите без мехурчета в дългосрочен план.
Използването на дегазиращи камери в системата помага за улавяне и отстраняване на въздушните мехурчета по време на работа.Истински
Камерите за дегазиране позволяват на задържания въздух да се събира и изпуска, без да се прекъсва потокът на охлаждащата течност.
Силиконовият каучук е идеален за уплътняване, тъй като предотвратява всички форми на отделяне на газове.Фалшив
Силиконовият каучук всъщност може да изпуска газове при висока температура, което допринася за образуването на въздушни мехурчета.
Заключение
Въздушните мехурчета може да са невидими, но не са безвредни. Те нарушават ефективността на охлаждането, причиняват горещи точки и съкращават живота на оборудването. Като разбираме как се образуват и използваме съвременни технологии за предотвратяването им, можем да проектираме по-надеждни и ефективни системи за течно охлаждане.
