Kuidas mõjutab kanali konstruktsioon vedeliku jahutusplaadi voolu?

Ma näen probleemi: ebaühtlane jahutusvedeliku voolamine vedelikjahutusplaadil tekitab kuumad kohad ja raisku läinud võimsuse.

Kanalite konstruktsioon vedeliku jahutusplaadis mõjutab otseselt seda, kui ühtlaselt voolab vedelik, kui suur on rõhulangus ja kui tõhusalt eemaldub soojus pinnalt.

Ma tutvustan teile, mida kanali disain tähendab, miks geomeetria on oluline, kuidas projekteerida parema voolu ühtluse saavutamiseks ja viimaseid suundumusi, et saaksite seda rakendada oma alumiiniumist ekstrusiooni / külmtoodete tootmises.

Mis on vedelikjahutuse kanali disain?

Kui ma esimest korda hakkasin külmkandjaid uurima, sain aru, et paljud insenerid käsitlevad sisemisi kanaleid lihtsalt üldiste kanalitena - aga nad ei ole seda.

Vedeliku jahutuskanalite disain viitab jahutusplaadi (külma plaadi) sees olevate vedeliku kanalite paigutusele, kujule, suurusele ja paigutusele, mis juhivad jahutusvedelikku sisse- ja väljavoolu ning üle jahutatava pinna.

Täpsemalt öeldes tähendab kanalite konstruktsioon seda, millist teed jahutusvedeliku tee külmast plaadist sees läbib: kas see on üks serpentiinne kanal, paralleelsed kanalid, spiraal või kombinatsioon kollektorist ja harudest? See hõlmab ka iga kanali ristlõike: selle laius, kõrgus, kuju ja vahekaugus, samuti see, kuidas jahutusvedelik siseneb ja väljub plaadist.

Teie ettevõtte seisukohast mõjutab kanalite disain seda, kui lihtne on plaati valmistada, kui palju see maksab, kui usaldusväärne see on ning kuidas see voolamise ja soojusülekande seisukohast toimib. Mõnda konstruktsiooni saab otse ekstrudeerida, samas kui teised nõuavad CNC-töötlemist või jootmist. Hea kanali disain tasakaalustab ühtlase jahutuse ja madala rõhulanguse vajadust. Kui kanalid on liiga kitsad, langeb rõhk. Kui need on liiga laiad või liiga kaugel, muutub soojuse ärajuhtimine ebaühtlaseks.

Sisekanalid mõjutavad ka seda, kui hästi vedelik levib kogu jahutuspinnal. Halvasti projekteeritud kanalid võivad jätta vähese vooluga piirkondi, mis põhjustab kuumad kohad. Õige disain tagab jahutusvedeliku ühtlase ja tõhusa voolamise, mis maksimeerib termilist jõudlust, hoides samal ajal kulud ja tootmise keerukuse kontrolli all.

Miks mõjutab kanali geomeetria voolu?

Mind häiris, et kaks identset külma plaati võivad nii erinevalt käituda - saladus peitus kanalite geomeetrias.

Kanali geomeetria (kuju, ristlõige, pikkus, vahekaugus, sisse- ja väljavoolu paigutus) mõjutab vedeliku kiirust, rõhulangust, voolu jaotumist harude vahel, termilisi piirikihte ja soojusülekandekoefitsiente - ja seega määrab, kuidas vedelik voolab ja kui hästi plaat jahutub.

Siin on näha, kuidas geomeetria teeb vahet:

Läbilõige ja suurus

Kitsas kanal kiirendab voolu, tekitades rohkem turbulentsi ja parandades soojusülekannet, kuid see suurendab ka vastupanu. Laiemad kanalid vähendavad rõhulangust, kuid aeglustavad jahutusvedeliku liikumist, vähendades soojuslikkust. Kiiruse, soojuse neeldumise ja rõhu vahel valitseb tasakaal.

Kanali tee ja pikkus

Pikemad või keerdunud teed suurendavad rõhulangust ja võivad põhjustada jahutusvedeliku soojenemist enne kaugesse otsa jõudmist, vähendades sellega jõudlust. Teravad pöörded või ummikud võivad samuti põhjustada voolu eraldumist ja ebaühtlast jahutust.

Paralleelsed harud

Mitme paralleelse kanaliga plaatidel võib tekkida ebaühtlane jaotumine, kui harud ei ole projekteeritud voolu tasakaalustamiseks. Kui üks haru saab rohkem voolu, jahutab see paremini kui teised. Kõikide harude võrdne pikkus ja ristlõige aitavad seda probleemi vältida.

Sisselaske- ja väljalaskeava paigutus

Kui jahutusvedelik siseneb ühes nurgas ja väljub teises nurgas, võivad väljavoolu lähedal olevad piirkonnad saada soojemat jahutusvedelikku. Sisselaskeava paigutamine keskkoha lähedale või mitme sisse-/väljalaskeava kasutamine võib parandada jaotust.

Kanalite vahekaugus

Liiga kaugel üksteisest asetsevad kanalid võivad jätta nende vahele kuuma tsooni, samas kui tihedalt paiknevad kanalid parandavad ühtlikkust, kuid võivad maksta rohkem või olla raskemini valmistatavad.

Vooluhäired

Ribad, sooned või muud kanalite sees olevad omadused suurendavad segunemist ja soojuse eemaldamist. Samas suurendavad need ka hõõrdumist ja nõuavad rohkem pumba võimsust.

Kõik need geomeetrilised omadused koos mõjutavad seda, kui hästi jahutusvedelik voolab ja kui ühtlaselt see soojust ära viib. Seetõttu võivad isegi väikesed muudatused kanalite kujus või paigutusviisis põhjustada suuri erinevusi jõudluses.

Kuidas projekteerida kanaleid parema voolu ühtluse saavutamiseks?

Kui ma ühe kliendi jaoks plaati ümber projekteerisin, mõistsin, et voolu ühtlus on kuningas - inimesed keskenduvad sageli maksimaalsele soojuse eemaldamisele, kuid unustavad jahutuse ühtluse.

Parema voolu ühtlase kujunduse saavutamiseks peate ühtlustama kanali geomeetria, kollektori paigutuse, sisselaske-/väljalaskeavade paigutuse ja tootmispiirangud nii, et plaadi iga piirkond saab sarnase voolukiiruse, kiiruse ja soojusülekande tingimused.

Siin on, kuidas ma seda samm-sammult teen:

1. Kaardistage soojusallikad

Saage aru, kus plaadil tekib soojust. Paigutage rohkem kanaleid kõrge kuumusega piirkondadesse. Kui soojuskoormus on kontsentreeritud, peab teie konstruktsioon tagama seal täiendava jahutuse.

2. Valige õige kanali paigutus

Paralleelsed kanalid pakuvad tavaliselt ühtlasemat jaotust kui serpentiinsed kanalid. Kuid need vajavad hoolikat projekteerimist, et tagada voolu võrdne jagunemine. Võimaluse korral kasutage sümmeetrilist paigutust.

3. Määrake kanalite vahekaugus

Hoidke vahekaugus piisavalt väike, et vältida kuumade kohtade tekkimist, kuid piisavalt lai, et tagada valmistatavus. Mida õhem on plaat, seda lähemal peaksid kanalid olema pinnale, et soojus tõhusalt ära viia.

4. Kasutage mitut sisselaske-/väljalaskeava

Kui plaat on suur, ei pruugi ühest sisselaskeavast piisata. Teise väljalaskeava või sisselaskeava lisamine võib aidata voolu tasakaalustada. Hoidke sisselaske- ja väljalaskeavade asukohad võimaluse korral sümmeetrilised.

5. Vastavus rõhk kõikidel radadel

Kõikidel paralleelsetel radadel peab olema sama takistus. See tähendab, et pikkus, paindude arv ja ristlõike pindala peavad olema võrdsed. Vastasel juhul eelistab voolamine kergemat teed.

6. Simuleerida ja testida

Kasutage simulatsioonivahendeid, et kontrollida voolukiirust igas kanalis. Pärast tootmist testige prooviüksust termopaaridega, et veenduda soojuse ühtlases eemaldamises.

Ühetaolisuse kavandamine tähendab sujuvamat tööd, pikemat komponentide kasutusiga ja õnnelikumaid kliente. See võib algselt rohkem maksma minna, kuid pikaajaline kasu on reaalne.

Millised on viimased suundumused kanalite kujundamisel?

Olen jälginud moodsaid disainilahendusi ja näinud mõningaid põnevaid uusi mustreid, mis on tekkinud kanalite geomeetria ja mikrojahutuse osas.

Viimased suundumused kanalite projekteerimisel hõlmavad mikrokanalite ja 3D-joa-kanalite paigutusi, mis on kohandatud kuumuskohtadele, topoloogiliselt optimeeritud kanalivõrgustikke, järk-järgult varieeruvat uime-geomeetriat ja lisandi/valmistatud keerulisi kanaleid äärmusliku soojustiheduse rakenduste jaoks.

Siin on minu arvates kõige kasulikumad ja paljulubavamad suundumused:

Mikrokanalid

Need on ülimalt väikesed kanalid, mis võimaldavad väga suure pindalaga kontakti. Neid kasutatakse elektroonikas ja andmekeskustes, kus soojusvoog on väga suur. Need suurendavad soojusülekannet, kuid nõuavad täpset valmistamist.

Jeti kokkupõrge ja 3D-kanalid

Need kasutavad suure kiirusega jahutusvedelikku, mis tabab kuumimat kohta vahetult enne laialivalgumist. 3D-konstruktsioonid vähendavad voolutee pikkust, suurendades samal ajal maksimaalselt kohalikku jahutust.

Topoloogiliselt optimeeritud konstruktsioonid

Tarkvaratööriistad optimeerivad nüüd kanalite paigutusi lähtuvalt termilise jõudluse eesmärkidest. Need tööriistad kohandavad kanalite laiust, kuju ja arvu vastavalt pinna soojuskaardile.

Järk-järgult varieeruvad uimed

Selle asemel, et kasutada ühetaolisi ribasid või sirgeid soonte, kasutavad insenerid nüüd ribasid, mille suurus muutub piki kanalit. See võimaldab paremat soojusülekannet sisselaskeava lähedal ja paremat voolamist allavoolu.

Hübriidne tootmine

Keerulisi kanali kujundeid, mida ei saa ekstrudeerida, valmistatakse nüüd ekstrusiooni ja mehaanilise töötlemise, stantsimise või 3D-printimise kombineerimisel. See võimaldab paremaid tulemusi, ilma et see tooks ohvriks valmistatavuse.

Paremad simulatsioonivahendid

Simulatsioon hõlmab nüüd digitaalseid kaksikuid ja reaalajas andmete tagasisidet. Projekteerijad katsetavad soojus-, vedeliku- ja struktuurimudeleid koos. See lihtsustab jahutuse jõudluse ja kulude tasakaalustamist.

Need uuendused aitavad saavutada paremat ühtlikkust, vähendada pumba energiat ja võimaldavad väiksemaid, tõhusamaid plaate. Alumiiniumi ekstrusiooni ja eritöötlemisega tegelevale ettevõttele tähendab nende suundumustega kaasas käimine, et ta peab jääma asjakohaseks ja pakkuma klientidele järgmise taseme tulemusi.

Kokkuvõte

Kanali disain on vedelikjahutusplaadi jõudluse kriitiline hoob: hoolikalt valitud paigutuse, geomeetria ja tootmisviisi abil tagate ühtlase voolu, madala rõhulanguse ja tõhusa soojusülekande. Ühtlus on sama oluline kui toores võimsus. Oma äris saate eristuda, pakkudes kohandatud kanali geomeetriat, simulatsioonipõhiseid konstruktsioone ja tootmist, mis on kohandatud nii jõudluse kui ka kulude suhtes.