Galutinis šilumos vamzdžių radiatorių vadovas: veikimo principas, tipai ir pasirinkimas

Galutinis šilumos vamzdžių radiatorių vadovas: veikimo principas, tipai ir pasirinkimas

Įvadas

Šiandieniniame didelės galios-elektronikos-nuo serverių ir keitiklių iki LED apšvietimo ir elektrinių transporto priemonių Statistika rodo, kaddaugiau nei 55 % elektronikos gedimų yra{1}}susiję su temperatūra. Kadangi prietaisai tampa mažesni ir galingesni, tradiciniai aušinimo metodai dažnai nepasiseka. Įveskitešilumos vamzdžio šilumos kriauklė: pasyvus, labai efektyvus šilumos valdymo sprendimas, derinantis fazinio -šilumos perdavimo principus su pažangia pelekų konstrukcija.

Šiame išsamiame vadove sužinosite viską, ką reikia žinoti apie šilumos vamzdžių aušintuvus: kaip jie veikia, pagrindinius komponentus, skirtingus tipus, našumo bandymus ir kaip pasirinkti tinkamą jūsų programai. Taip pat palyginsime šilumos vamzdžius su garų kamerų technologija, kad padėtume priimti pagrįstus inžinerinius sprendimus.

Kas yra šilumos vamzdis?

Prieš pasinerdami į šilumos vamzdžio šilumos kriaukles, būtina suprasti pagrindinį klausimą:kas yra ašilumos vamzdis?

A šilumos vamzdisyra šilumos perdavimo įtaisas,{0}}kuris apjungia šilumos laidumo ir fazinio perėjimo principus, kad efektyviai perduotų šilumą tarp dviejų kietųjų sąsajų. Pirmą kartą patentuotas RS Gaugler iš General Motors 1942 m., o vėliau nepriklausomai sukurtas George'o Groverio Los Alamos nacionalinėje laboratorijoje 1963 m., šilumos vamzdžiai tapo nepakeičiami šiuolaikiniame elektronikos aušinimo prietaise.

Šilumos vamzdžio grožis slypi jo paprastume: jame nėra judančių dalių, jam nereikia išorinės energijos ir jis gali perduoti šilumą šimtus kartų efektyviau nei vientisas tokio pat dydžio varinis strypas.

Kaip veikia šilumos vamzdžiai?

Supratimaskaip veikia šilumos vamzdžiaiyra labai svarbus kiekvienam, susijusiam su šilumos valdymu. Veikimas priklauso nuo nuolatinio garavimo{1}}kondensacijos ciklo:

Keturių{0}}žingsnių ciklas

Garavimas: Karštoje sąsajoje (garintuvo sekcijoje) skystis, besiliečiantis su šilumai laidžiu kietu paviršiumi, sugerdamas šilumą nuo to paviršiaus virsta garais.

Garų srautas: Tada garai keliauja išilgai šilumos vamzdžio į šaltą sąsają (kondensatoriaus sekciją), varomi garavimo metu susidariusio slėgio gradiento.

Kondensatas:Aušintame gale garai kondensuojasi atgal į skystį, išskirdami latentinę garavimo šilumą.

Grįžtamasis srautas:Skystis grįžta į karštą sąsają per kapiliarinį veikimą (per dagčio struktūrą), išcentrinę jėgą arba gravitaciją, ir ciklas kartojasi.

Šis fazės{0}}keitimo mechanizmas lemiaefektyvus šilumos laidumas nuo 100 iki 1000 kartų didesnisnei kieto vario, todėl šiluma gali būti pernešama dideliais atstumais su minimaliu temperatūros kritimu.

Šilumos vamzdžių konstrukcija ir komponentai

Tipiškas šilumos vamzdis susideda iš trijų pagrindinių dalių:

1. Vokas

Sandarus vamzdis, kuriame yra darbinis skystis. Įprastos medžiagos apima:

Varis: Dažniausiai naudojamas elektronikos aušinimui, puikus šilumos laidumas

Aliuminis: Lengvas, naudojamas su amoniako darbiniu skysčiu erdvėlaiviams

Nerūdijantis plienas: aukštai{0}}temperatūrai arba korozinei aplinkai

2. Wick struktūra

Porėtas pamušalas vamzdžio viduje, kuris naudoja kapiliarinį veikimą, kad grąžintų kondensuotą skystį. Įprasti dagčių tipai:

Sukepintas vamzdis

Miltelių sukepinimas + seklus griovelis

3. Darbinis skystis

Skystis parenkamas atsižvelgiant į darbinės temperatūros diapazoną:

Šilumos vamzdžio šilumos kriauklė: pilnas surinkimas

A šilumos vamzdžio šilumos kriauklėsujungia vieną ar daugiau šilumos vamzdžių į briaunos konstrukciją (dažniausiai aliuminio arba vario), kad būtų sukurtas pilnas aušinimo sprendimas. Šilumos vamzdžiai veikia kaip super-šilumos laidininkai, greitai pernešantys šilumą nuo pagrindo į pelekus, kur ji išsklaido konvekcijos būdu (su ventiliatoriumi arba be jo).

Gamybos procesas

Šilumos vamzdžių gamyba: Vamzdis pripildytas darbinio skysčio, ištuštinamas ir užsandarinamas.

Pelekų priedas: Pelekai pritvirtinami prie šilumos vamzdžių tokiais būdais kaip:

Litavimas/litavimas: Užtikrina tvirtą metalurginį ryšį su maža šilumine varža

Užtrauktuko pelekai (sulenkti / užlenkti): Antspauduoti ir sulankstyti pelekai slysta per vamzdžius, kad būtų didelis pelekų tankis

Įterptas / Paspauskite Fit: Šilumos vamzdžiai įspausti į griovelį pagrindo plokštę

Šilumos vamzdžių konstrukcijų tipai

Štai pagrindiniai šilumos vamzdžių konstrukcijų tipai:

1. Sukepintas šilumos vamzdis

Gamyba: Vario milteliai sukepinami ant vidinės sienelės

Tariamas tankis: Atspindi miltelių dalelių dydį ir nelygumus; mažesnio tariamo tankio milteliai padeda išvengti „arkos tiltelio“ susidarymo užpildant

Privalumai: stipri kapiliarinė jėga, veikia bet kokia kryptimi (įskaitant anti-gravitaciją)

Tipiškas naudojimas: procesoriaus aušintuvai,{0}}didelės galios elektronika

2. Šilumos vamzdis su grioveliais

Gamyba: Vamzdžio viduje išspaudžiami arba apdirbami negilūs arba gilūs grioveliai

Privalumai: Didelis pralaidumas, mažas atsparumas skysčio tekėjimui

Dantų skaičius: D6: 80-100 dantys, D8: 135 dantys

Tipiškas naudojimas: Horizontalios arba gravitacijos{0}}pagalbinės programos

3. Sudėtinis šilumos vamzdis (sukepintas + grioveliais)

Gamyba: Sujungia griovelius skysčiui tekėti su sukepintu sluoksniu, kad gautų papildomą kapiliarinę jėgą

Privalumai: didesnis Q-max nei grynai sukepinti vamzdžiai, puikus anti-gravitacinis veikimas

Dizaino svarstymas: kai iš dalies užpildytas milteliais-, neigiamo kampo bandymas reikalauja ypatingo dėmesio

Tipiškas naudojimas: reikalaujančios programos, kurioms reikalingas horizontalus ir anti{0}}gravitacinis veikimas

4. Plonas/lankstus šilumos vamzdis

Darbo principas: Kai šiluma patenka į garavimo sekciją, darbinis skystis išgaruoja ir patenka į garų kanalus, tada kondensuojasi ir grįžta atgal per kapiliarinę jėgą

Valdymo parametrai:

Dalelių dydžio pasiskirstymas: stambesni milteliai=didesnis poringumas, didesnis pralaidumas

Centrinio strypo dydis: turi įtakos sukepinto sluoksnio storiui ir garo kanalo dydžiui

Miltelių užpildymo tankis: susijęs su pildymo mašinos vibracijos dažniu

Sukepinimo temperatūra: 900–1030 laipsnių maždaug 9 valandas

Garų kamera vs šilumos vamzdis: kuris yra geresnis?

Dažnas šilumos valdymo klausimas yragarų kameraprieš šilumos vamzdį-kurią technologiją turėtumėte pasirinkti? Abu veikia pagal tą patį fazės{1}}keitimo principą, tačiau skiriasi geometrija ir pritaikymu.

Pagrindiniai skirtumai

garų kamera

Našumo palyginimas

Garų kameros paprastai siūlo20-30% geresnis šilumos laidumasnei lygiaverčiai šilumos vamzdžių įrengimai ribotose erdvėse. Tačiau šilumos vamzdžiai puikiai tinka, kai reikia perkelti šilumą didesniais atstumais (pvz., nuo GPU šalia pagrindinės plokštės krašto iki galinių išmetimo briaunų).

Kada pasirinkti kiekvieną

Pasirinkite šilumos vamzdžius, kai :

You need to transport heat over distances >100 mm

Yra vietos didesnėms pelekų krūvoms ir keliems ventiliatoriams

Sąnaudų kontrolė yra prioritetas

Prietaisas gali patirti fizinį krūvį (šilumos vamzdžiai yra mechaniškai atsparesni)

Pasirinkite garų kameras, kai :

Vietos labai ribotos (ploni įrenginiai)

Reikia greitai paskleisti šilumą dideliame plote

Jūs susiduriate su didelio šilumos srauto tankio taškais

Paraiška gali pateisinti didesnes išlaidas

Šilumos vamzdžių veikimo parametrai ir bandymas

Siekiant užtikrinti kokybę, šilumos vamzdžiai yra kruopščiai tikrinami:

1. Šilumos transportavimo apribojimai

Yra penki pagrindiniai šilumos perdavimo apribojimai, kurie nustato didžiausią šilumos vamzdžio talpą:

Thekapiliarų ribapaprastai yra ribojantis šilumos vamzdžio konstrukcijos veiksnys, jam didelę įtaką daro veikimo orientacija ir dagčio struktūra.

2. Delta T (ΔT) testas

Matuoja temperatūrų skirtumą tarp garintuvo ir kondensatoriaus galų. Mažesnis ΔT rodo geresnį izoterminį veikimą. Pramonės standartas:100 % patikrinimas, kai ΔT yra mažesnis arba lygus 5 laipsniams.

3. Q-maks. testas

Nustatomaksimali šilumos perdavimo galia(vatais), kol dagtis išdžius. Tai priklauso nuo dagčio struktūros, skysčio ir orientacijos.

4. Saugos / sprogimo testas

Šilumos vamzdžiai yra slėginiai indai, išbandyti, kad atlaikytų aukštą temperatūrą ir neprarastų nuotėkio. Tipiškasgedimo temperatūra: 320 laipsniųdėl nuotėkio.

5. Šiluminės varžos skaičiavimas

Vario/vandens šilumos vamzdžio su miltelinio metalo dagtimi apytikslės šiluminės varžos gairės:

Garintuvas/kondensatorius: 0,2 laipsnio /W/cm² (pagal išorinį paviršiaus plotą)

Ašinis: 0,02 laipsnio /W/cm² (pagal garų erdvės skerspjūvio plotą)

Pavyzdys: 1,27 cm skersmens, 30,5 cm ilgio šilumos vamzdžio, kuris išsklaido 75 W galią su 5 cm garintuvu ir kondensatoriumi, apskaičiuotasis ΔT ≈ 3,4 laipsnio.

Šilumos vamzdžių šilumos kriauklių privalumai

Itin-aukštas šilumos laidumas: perduoda šilumą 100–1000 kartų geriau nei kietasis varis

Izoterminis veikimas: Temperatūros skirtumas tarp garintuvo ir kondensatoriaus labai mažas

Lengvas ir kompaktiškas: Įgalina ploną šiuolaikinės elektronikos dizainą

Nėra judančių dalių: Tylus veikimas ir didelis patikimumas

Platus veikimo diapazonas: nuo kriogeninių (-243 laipsnių) iki aukštos temperatūros (1000 laipsnių)

Pasyvi operacija: Nereikia jokio išorinio maitinimo

Įprastos medžiagos: žalvaris ir purpurinis varis

Medžiagų skirtumų supratimas yra labai svarbus šilumos kriauklės dizainui:

Purple Copper (C1100)

Grynumas: >99,9% gryno vario

Šilumos laidumas: Puikiai

Programos: Šilumos vamzdžiai, vandens aušinimo plokšteliniai vamzdynai

Charakteristikos: geresnis laidumas ir šilumos perdavimas nei žalvario

Žalvaris (vario{0}}cinko lydinys)

Sudėtis: Varis + cinkas (vario kiekis paprastai 60-80%)

Savybės: Didesnis kietumas, geras lankstumas, geresnis atsparumas korozijai

Programos: Konstrukciniai komponentai, vandens aušinimo plokščių jungtys

Charakteristikos: geras atsparumas oksidacijai, mažesnis šilumos laidumas nei gryno vario

Įterpta vario vamzdžio šaltoji plokštė

Sujungia abi medžiagas, kad išnaudotų jų pranašumus: purpurinis varis greitam šilumos laidumui, žalvaris atsparumui korozijai ir konstrukcijos stabilumui.

Dizaino svarstymai ir atrankos vadovas

1 veiksmas: apibrėžkite reikalavimus

Šilumos apkrova (Q): Kiek vatų reikia išsklaidyti?

Didžiausia leistina temperatūra: T_sandūraarba T_atvejis

Aplinkos sąlygos: Oro srautas, temperatūra, erdvės apribojimai

Orientacija: Ar šilumos vamzdžiai veiks horizontaliai, vertikaliai ar prieš gravitaciją?

2 veiksmas: pasirinkite Wick tipą pagal orientaciją

3 veiksmas: nustatykite šilumos vamzdžio dydį ir kiekį

Skersmuo: Įprasti dydžiai 4mm, 6mm, 8mm. Didesnis skersmuo perneša daugiau šilumos, tačiau reikalauja daugiau vietos

Vamzdžių skaičius: Keli šilumos vamzdžiai naudojami lygiagrečiai šilumai skleisti ir šiluminei varžai sumažinti

4 veiksmas: pelekų dizainas

Fin Medžiaga: aliuminis (lengvas, ekonomiškas{0}}) arba varis (didesnis laidumas)

Pelekų tankis: Daugiau pelekų padidina paviršiaus plotą, bet gali apriboti oro srautą

Tvirtinimo būdas: Lituotos jungtys pasižymi geriausiomis šiluminėmis savybėmis

Taikymas įvairiose pramonės šakose

Šilumos vamzdžių aušintuvai naudojami įvairiems tikslams:

Dažnai užduodami klausimai

Kl.: Ar šilumos vamzdžiai kada nors nuteka arba sugenda?

Aukštos-kokybės šilumos vamzdžiai yra sandarūs ir išbandomi dėl atsparumo sprogimui. Jų tarnavimo laikas labai ilgas, bet gali sugesti, jei pradurti arba eksploatuojami viršijant Q-max ribas.

Kl .: Ar galima sulenkti šilumos vamzdžius?

Taip, bet reikia atsargiai lenkti, kad būtų išvengta sulenkimo, kuris riboja garų srautą. Turi būti laikomasi minimalaus lenkimo spindulio nurodymų.

Kl .: Kaip apskaičiuoti, kiek šilumos vamzdžių man reikia?

Tai priklauso nuo bendros šilumos apkrovos ir kiekvieno vamzdžio Q{0}}maks. Sudėtingiems projektams rekomenduojamas terminis modeliavimas (CFD).

Kl .: Ar juoda šilumos kriauklė yra geresnė?

Ne{0}}nors juodi paviršiai spinduliuoja šiek tiek geriau, konvekcija yra dominuojantis aušinimo mechanizmas aušinimo briaunoms. Spalva turi nedidelį poveikį veikimui.

Kl .: Kodėl nepadarius viso radiatoriaus iš vario?

Varis yra sunkus, brangus ir sunkiau apdirbamas. Varinių šilumos vamzdžių derinimas su aliuminio briaunomis užtikrina puikų našumo, svorio ir sąnaudų balansą.

K: Kuo skiriasi šilumos vamzdžiai ir garų kameros?

Šilumos vamzdžiai šilumą perduoda tiesiškai (1D), o garų kameros skleidžia šilumą visame paviršiuje (2D). Garų kameros geriau tinka ploniems prietaisams su dideliu šilumos srauto tankiu.

Kl .: Ar šilumos vamzdžiai gali veikti bet kokia kryptimi?

Sukepinti dagčio šilumos vamzdžiai veikia bet kokia kryptimi dėl stiprių kapiliarinių jėgų. Griovelių dagčio šilumos vamzdžiams reikalinga gravitacinė pagalba.

Išvada

Šilumos vamzdžių aušintuvai yra nepakeičiami šiuolaikinei didelės galios{0}}elektronikai. Naudodami fazės-pakeitimo technologiją, jie užtikrina išskirtinį šiluminį našumą kompaktiškuose ir patikimuose paketuose. Nesvarbu, ar jums reikia standartinio dizaino, ar visiškai pritaikyto sprendimo, suprasdami pagrindinius -dagčių tipus, medžiagas, bandymus ir atrankos kriterijus-, galėsite pasiekti optimalų aušinimą.

Taikomioms programoms, kurioms reikalingi itin{0}}ploni profiliai arba kai naudojamas didelis šilumos srauto tankis,garų kameros aušinimasgali būti geriausias pasirinkimas. Tačiau daugeliui elektronikos aušinimo įrenginių, kuriems reikia šilumos perdavimo per atstumą,šilumos vamzdžio šilumos kriauklėsišlieka ekonomiškiausiu{0}}ir patikimiausiu sprendimu.

AtAWIND, mes specializuojamės projektuojant ir gaminant individualius šilumos vamzdžių aušintuvus įvairioms reikmėms, nuo keitiklių ir šviesos diodų iki telekomunikacijų ir pramonės įrangos. Mūsų gamykla naudoja pažangų šiluminį modeliavimą, 100 % testavimą ir aukštos-kokybės medžiagas, kad jūsų produktai išliktų vėsūs ir patikimi.

Pasiruošę aptarti savo projektą? Susisiekite su mumis dėl nemokamos šiluminės konsultacijos arba paprašykite pasiūlymo. Mūsų inžinieriai yra čia, kad padėtų jums rasti tobulą aušinimo sprendimą.