L'intero sistema di raffreddamento a liquido include componenti quali piastre di raffreddamento a liquido, mezzi di raffreddamento a liquido, pompe, tubi dell'acqua e radiatori. In generale, le proprietà termofisiche dei fluidi di lavoro raffreddati a liquido comunemente utilizzati sono illustrate nella seguente tabella:
Dalla tabella soprastante, si può vedere che la selezione del mezzo di raffreddamento a liquido ha un impatto fisso sull'efficienza di dissipazione del calore dell'intero sistema. Senza cambiare altre condizioni, la priorità dovrebbe essere data ai mezzi che soddisfano i requisiti ambientali (altitudine, temperatura ambiente, ecc.) e hanno un costo basso. Tuttavia, la piastra di raffreddamento a liquido è anche una parte importante del sistema di dissipazione del calore del raffreddamento a liquido, che è il componente di scambio termico del sistema di raffreddamento a liquido. Ha una struttura interna a scanalatura per lo scambio termico, vale a dire il canale di flusso. Le differenze nella progettazione del canale di flusso interno hanno un impatto significativo sull'efficienza di trasferimento termico dell'intero sistema e sono coinvolte variabili significative. Quindi, non discuteremo del mezzo di raffreddamento a liquido. Prendiamo l'acqua pura come esempio per analizzare le idee di progettazione e ottimizzazione del canale di flusso della piastra di raffreddamento a liquido.
Nella progettazione strutturale delle piastre di raffreddamento a liquido, è necessario considerare i seguenti punti:
Requisiti di prestazione del trasferimento di calore: Impostando la portata e la differenza di temperatura dell'acqua in ingresso e in uscita, raggiungere l'obiettivo di aumento della temperatura della fonte di calore, nonché l'obiettivo di resistenza termica del radiatore e i requisiti per le sue prestazioni di trasferimento di calore; Resistenza e
Requisiti di pressione: Alcuni progetti potrebbero richiedere istruzioni speciali sulla pressione superficiale e sulla situazione di sollecitazione complessiva della piastra di raffreddamento a liquido, a causa dell'ambiente di utilizzo e dei requisiti di installazione all'interno del sistema.
Requisiti anticorrosione: il flusso prolungato del fluido di raffreddamento liquido nel canale sarà soggetto ad alte temperature, il che aggraverà il danneggiamento dei materiali metallici, fino al blocco, e influirà sull'efficienza di dissipazione del calore;
Requisiti di prevenzione delle perdite: la progettazione della piastra di copertura, delle superfici terminali superiore e inferiore, delle guarnizioni e persino dei metodi di saldatura a frizione o brasatura possono tutti contribuire a prevenire le perdite; Requisiti di basso costo: ridurre i costi causati dalla pressione della pompa, dalle ore di lavoro, ecc. in base alle dimensioni di fattibilità produttiva e di lavorazione, selezione dei materiali, complessità del processo, resistenza al flusso, resistenza termica, ecc. Per soddisfare i requisiti di cui sopra, è necessario effettuare considerazioni progettuali complete che comprendano materiali, progettazione strutturale, metodi di produzione e altri aspetti.
Il materiale della piastra di raffreddamento a liquido influisce sulle prestazioni di trasferimento di calore tra il canale d'acqua e l'acqua di raffreddamento. L'utilizzo di materiali con elevata conduttività termica per realizzare la piastra di raffreddamento a liquido può ridurre efficacemente la resistenza termica complessiva del sistema. Le proprietà comuni dei materiali rappresentate da alluminio e rame sono illustrate nella tabella seguente:
Le leghe di alluminio, in quanto materiale di dissipazione del calore più comunemente utilizzato, presentano vantaggi quali elevata conduttività termica, bassa densità, buone prestazioni di lavorazione, buona resistenza alla corrosione e buone proprietà fisiche e meccaniche. Il processo anticorrosione dei profili in alluminio è consolidato, il che garantisce un utilizzo affidabile a lungo termine delle piastre di raffreddamento ad acqua. I materiali utilizzati per i dissipatori di calore in alluminio nei prodotti elettronici sono le serie 50 e 60, come AL5051606016063, che presentano una buona conduttività termica, resistenza alla corrosione e prestazioni di lavorazione. Sono adatti all'anodizzazione e alla lavorazione CNC di canali di flusso complessi.
La ricerca qui si concentra sulle idee e sui metodi per progettare e ottimizzare i canali di flusso delle piastre raffreddate ad acqua con la premessa di determinare la portata d'acqua e i requisiti di base della caduta di pressione. Gli stili di base dei canali di flusso delle piastre fredde liquide sono principalmente divisi in piatti, a forma di W, circolari, cilindrici, a spirale di Archimede, ecc. Di seguito sono riportate brevi spiegazioni in base al diagramma.
Una piastra di raffreddamento a liquido con canale di flusso planare presenta diverse caratteristiche chiave. Offre un percorso di flusso uniforme e costante. Il design consente un efficiente trasferimento di calore grazie al buon contatto con il refrigerante. Spesso ha una struttura semplice, il che ne facilita la produzione, e può fornire un raffreddamento affidabile in diverse applicazioni. Come mostrato nella figura precedente, l'ingresso e l'uscita presentano una struttura semplice su entrambi i lati.
La piastra di raffreddamento a liquido, con canale di flusso a forma di W , offre numerosi vantaggi nel raffreddamento a fluido. Strutturalmente, il canale di flusso a forma di W aumenta la superficie di contatto tra il fluido e la piastra di raffreddamento ed estende il percorso del fluido. Ciò consente un assorbimento di calore più completo e migliora l'efficienza dello scambio termico. In termini di flusso del fluido, può generare uno stato di flusso più complesso, ridurre il flusso laminare, aumentare la turbolenza e rendere il trasferimento di calore più uniforme e rapido. Questa configurazione può ridurre efficacemente il rischio di surriscaldamento locale e rendere l'intero sistema di raffreddamento più stabile, risultando adatta a scenari con elevate esigenze di dissipazione del calore.
Il canale di flusso anulare della piastra di raffreddamento a liquido presenta diversi vantaggi. Innanzitutto, la struttura anulare consente la circolazione del refrigerante, formando un circuito di raffreddamento stabile e continuo che garantisce una dissipazione uniforme del calore. Questo trasferimento di calore uniforme previene il surriscaldamento localizzato e protegge i componenti elettronici e le altre apparecchiature a contatto con essa. Inoltre, il canale di flusso anulare rende il flusso del refrigerante più regolare, riducendo i fattori di instabilità causati dalla turbolenza e diminuendo la resistenza del fluido, rendendo il processo di raffreddamento più efficiente. Allo stesso tempo, la progettazione del canale di flusso anulare è relativamente semplice, il che ne facilita la lavorazione e la produzione e ne riduce i costi.
La piastra di raffreddamento a liquido adotta le caratteristiche di un canale di flusso a spirale di Archimede , che dissipa il calore in modo efficiente. La forma a spirale allunga il percorso del liquido di raffreddamento all'interno del canale e aumenta l'area di contatto, consentendo un assorbimento completo del calore, un efficiente scambio termico e una riduzione efficace della temperatura. Dal punto di vista della fluidodinamica, tale configurazione guida il flusso del refrigerante in modo uniforme, riducendo la turbolenza e le fluttuazioni locali della velocità, con conseguente riduzione del rumore del fluido e delle perdite di pressione.
Attraverso varie combinazioni, si possono ottenere molti effetti inaspettati. I nostri ingegneri compileranno l'analisi termica di questi canali per il nostro riferimento in futuro. Per la progettazione di questi canali, ci sono anche diversi progetti tipici di canali raffreddati ad acqua. Diamo un'occhiata alle idee di progettazione di ottimizzazione per loro.
Aggiunta di circuiti: Dopo la pianificazione preliminare del progetto del canale di flusso del liquido, la simulazione numerica ha rivelato che l'efficienza di dissipazione del calore non soddisfaceva i requisiti e che la resistenza termica era elevata. In questo caso, si può considerare l'aggiunta di circuiti, come ad esempio il passaggio da un ciclo singolo a un ciclo doppio, o anche di più, per migliorare il trasferimento di calore;
Aumento della superficie di dissipazione del calore: se lo spazio strutturale interno lo consente, è possibile aggiungere nervature cilindriche o quadrate all'interno del canale di flusso per ottimizzarne le prestazioni, in modo sfalsato o sequenziale;
Ottimizzare la velocità del flusso d'acqua interno: Quando l'area della sezione trasversale dell'ingresso è costante, maggiore è l'area della sezione trasversale del canale di flusso dell'acqua interno, minore è la sua velocità, il che non favorisce un rapido trasferimento di calore. Naturalmente, non è sufficiente ridurre semplicemente l'area della sezione trasversale per promuovere la velocità del flusso, poiché ciò comporterà una maggiore resistenza al flusso;
Area di raffreddamento ad acqua bilanciata: Cercare di coprire uniformemente la superficie di contatto della fonte di calore con il canale di flusso. In casi particolari in cui l'area e lo spazio sono piccoli, Archimedes spiral waterway è una buona scelta; Come evitare i cortocircuiti: Quando l'ingresso e l'uscita sono molto vicini, la struttura a nervature del progetto del canale d'acqua viene spesso utilizzata per estendere il canale e distribuirlo direttamente sotto la fonte di calore, evitando il flusso diretto dell'acqua dall'ingresso all'uscita;
Evitare un flusso d'acqua eccessivo: In situazioni in cui la distribuzione delle fonti di calore è relativamente speciale, come la stratificazione verticale, il concetto di progettazione generale può essere un canale di flusso, dal basso verso l'alto o dall'alto verso il basso, ma può causare un aumento della differenza di temperatura tra le estremità posteriore e anteriore. In questo caso, può essere preso in considerazione un raffreddamento separato tramite stratificazione;
Cercare di ridurre al minimo le curve e di avere transizioni fluide: le curve aumentano la perdita di carico e migliorano la resistenza al flusso interno. Se inevitabile, cercare di avere transizioni fluide nelle curve per migliorare la dissipazione del calore e ridurre la caduta di pressione.
Naturalmente, quando si esegue il progetto di ottimizzazione di cui sopra, è necessario confermare simultaneamente se la resistenza al flusso interno, la resistenza termica, la resistenza strutturale (pressione superficiale, ecc.) del sistema soddisfano i requisiti e le limitazioni effettive del progetto, considerando al contempo la fattibilità della produzione e dell'elaborazione il più possibile, nonché i costi. Sulla base del progetto originale, supponendo che il canale navigabile sia ottimizzato aumentando l'area di dissipazione del calore interno, riducendo l'area della sezione trasversale e aumentando il circuito, i risultati teorici vengono calcolati separatamente; Sulla base dei risultati dell'analisi, stabilire più modelli di progettazione del canale navigabile ed eseguire la simulazione nell'ambiente richiesto. Confrontare e analizzare i risultati della simulazione, stabilire modelli e test sperimentali e verificare i risultati dell'analisi delle ipotesi e della simulazione numerica. Qualsiasi progetto di ottimizzazione può essere contattato dai nostri ingegneri presso KENFA TECH.
