Kā izveidot un optimizēt ar ūdeni dzesējamus plākšņu kanālus, lai nodrošinātu maksimālu efektivitāti

 

Visa šķidruma dzesēšanas sistēma ietver tādas sastāvdaļas kā šķidruma dzesēšanas plāksne, šķidruma dzesēšanas vide, sūknis, caurules un radiators.

 

Parasti parasti izmantoto šķidro dzesēšanas šķidrumu termofizikālās īpašības ir parādītas tabulā:

 

▲ Šķidruma dzesēšanas īpašības

 

No iepriekš redzamās tabulas ir skaidrs, ka šķidrā dzesēšanas līdzekļa izvēlei ir noteikta ietekme uz visas sistēmas dzesēšanas efektivitāti. Nemainot citus nosacījumus, priekšroka jādod zemu izmaksu materiāliem, kas atbilst vides prasībām (piemēram, augstumam virs jūras līmeņa un apkārtējās vides temperatūras).

 

Tomēr ar ūdeni dzesētā plāksne ir arī būtiska šķidruma dzesēšanas sistēmas sastāvdaļa. Kā šķidruma dzesēšanas sistēmas siltumapmaiņas sastāvdaļa tajā ir siltuma apmaiņas kanāli, ti, plūsmas ceļi. Šo iekšējo plūsmas ceļu dizains var būtiski ietekmēt visas sistēmas siltuma apmaiņas efektivitāti ar ievērojamu mainīgumu.

 

Tāpēc šodien mēs neapspriedīsim šķidros dzesēšanas līdzekļus, bet tā vietā, izmantojot tīru ūdeni kā piemēru, mēs analizēsim ūdens dzesēšanas plākšņu plūsmas ceļu projektēšanas un optimizācijas pieeju.

 

Projektējot ar ūdeni dzesējamo plākšņu konstrukciju, jāņem vērā šādi faktori:

 

• Siltummaiņas veiktspējas prasības:Ievērojot iestatīto plūsmas ātrumu un temperatūras starpību starp ieplūdes un izplūdes ūdeni, sasniedziet vēlamo siltuma avota temperatūras pieaugumu un radiatora siltuma izkliedes mērķi, izpildot veiktspējas prasības.
• Spēka un spiediena prasības:Dažos projektos vides izmantošanas vai uzstādīšanas prasību dēļ sistēmā ir sniegti īpaši norādījumi par virsmas spiedienu un vispārējiem ūdens dzesēšanas plāksnes sprieguma apstākļiem.
• Izturība pret koroziju:Šķidrais dzesēšanas līdzeklis ilgstoši plūst caur kanālu, un augsta temperatūra var paātrināt metāla materiālu noārdīšanos, kas var izraisīt aizsprostojumus, kas ietekmē dzesēšanas efektivitāti.
• Noplūdes novēršana:Pārsega plāksnes, augšējās un apakšējās virsmas, blīvējuma sloksņu un pat metināšanas metožu konstrukcijai jānovērš noplūde.
• Izmaksu efektivitāte:Izmaksu samazināšana no tādiem faktoriem kā ražošanas iespējamība, materiālu izvēle, procesa sarežģītība, plūsmas pretestība un karstumizturība, vienlaikus samazinot sūkņa spiedienu un darba laiku.

 

Lai izpildītu iepriekš minētās prasības, ir jāveic visaptveroši projektēšanas apsvērumi attiecībā uz materiāliem, struktūru un ražošanas metodēm.

 

 

I Ar ūdeni dzesējamu plākšņu materiāla izvēle

 

Ar ūdeni dzesējamās plāksnes materiāls ietekmē siltuma apmaiņas veiktspēju starp kanālu un dzesēšanas ūdeni. Ar ūdeni dzesējamām plāksnēm jāizmanto materiāli ar augstu siltumvadītspēju, lai efektīvi samazinātu sistēmas kopējo siltuma pretestību. Parastie materiāli, piemēram, alumīnijs un varš, uzrāda šādas īpašības:

 

▲ Materiāla īpašības

 

Alumīnija sakausējumiem kā visbiežāk izmantotajam dzesēšanas materiālam ir tādas priekšrocības kā augsta siltumvadītspēja, zems blīvums, laba apstrādājamība, lieliska izturība pret koroziju un labvēlīgas fizikālās un mehāniskās īpašības.

 

Alumīnija profilu pretkorozijas aizsardzības process ir labi izveidots, nodrošinot ar ūdeni dzesējamu plākšņu ilglaicīgu uzticamu izmantošanu.

 

Alumīnija siltuma izlietnes, ko izmanto elektroniskajos produktos, parasti ir izgatavotas no 50. vai 60. sērijas sakausējumiem, piemēram, AL5051, 60601 un 6063. Šie materiāli nodrošina izcilu siltumvadītspēju, izturību pret koroziju, apstrādājamību un ir piemēroti sarežģītu plūsmas kanālu anodēšanai un CNC apstrādei. .

 

Šis pētījums koncentrējas uz ūdens dzesēšanas plākšņu plūsmas ceļu projektēšanas un optimizācijas pieeju, pieņemot iepriekš noteiktus plūsmas ātrumus un spiediena krituma pamatprasības.

 

 

II Ar ūdeni dzesējamo plākšņu plūsmas ceļu pamatveidi

 

Galvenie ar ūdeni dzesējamo plākšņu plūsmas ceļu veidi ir: plakani, W-veida, apļveida, cilindriski un Arhimēda spirālveida kanāli. Tālāk ir sniegti īsi katra no tiem apraksti ar atbilstošiem attēliem.

 

▲ Plakans ar ūdeni atdzesētas plāksnes attēls

 

▲ W formas ar ūdeni dzesējamas plāksnes attēls

 

▲ Apļveida ar ūdeni atdzesētas plāksnes attēls

 

▲ Cilindriskas ar ūdeni dzesētas plāksnes attēls

 

Cilindriskās ar ūdeni dzesējamās plāksnes piemērā iekšējā konstrukcija var ietvert taisnstūrveida kolonnas vai iegarenas siltuma izlietnes, lai uzlabotu saskares laukumu ar ūdens plūsmu.

 

▲ Arhimēda spirālveida plūsmas ceļa attēls

 

Atsaucoties uz šo fizisko objektu, es apzināti izmantoju solidworks, lai izstrādātu tā 3D struktūru, kā parādīts zemāk.

 

▲ viena cikla plūsmas ceļa attēls

 

▲ dubultās cilpas plūsmas ceļa attēls

 

Iepriekš minētie ir tipiski ar ūdeni dzesējami plūsmas ceļu modeļi. Tālāk mēs izpētīsim šo dizainu optimizācijas pieeju.

 

 

III Plūsmas ceļa optimizācijas pieeja

 

Optimizācijas pieejai ar ūdeni dzesējamām plākšņu plūsmas ceļiem ir līdzības ar gaisa plūsmas ceļa optimizāciju gaisa dzesēšanas sistēmās.

 

Gaisa dzesēšanas risinājumiem gaisa plūsmas ceļu optimizācijas principus var atsaukties rakstā: "Principles for Optimizing Airflow Paths in Thermal Design for Electronic Products".

• Palielināt ķēdes:Pēc sākotnējās ūdens plūsmas trajektorijas plānošanas, skaitliskās simulācijas var atklāt, ka dzesēšanas efektivitāte neatbilst cerībām ar augstāku siltuma pretestību. Šajā gadījumā ķēžu skaita palielināšana (piemēram, no vienas uz divām vai vairākām ķēdēm) var uzlabot siltuma apmaiņu.
• Palieliniet siltuma izkliedes laukumu:Ja pieļauj iekšējās struktūras telpa, cilindrisku vai taisnstūrveida spuru pievienošana pakāpeniskā vai izlīdzinātā konfigurācijā var uzlabot plūsmas ceļa optimizāciju.
• Optimizējiet iekšējo ūdens plūsmas ātrumu:Kad ieplūdes šķērsgriezuma laukums ir fiksēts, plūsmas ceļa šķērsgriezuma laukuma palielināšana samazina plūsmas ātrumu, kavējot ātru siltuma apmaiņu. Tomēr, vienkārši samazinot šķērsgriezuma laukumu, lai palielinātu ātrumu, var palielināties plūsmas pretestība.
• Līdzsvarot ūdens dzesēšanas zonu:Pārliecinieties, ka plūsmas ceļš vienmērīgi pārklāj siltuma avota saskares virsmu. Situācijās ar ierobežotu platību vai telpu labs risinājums ir Arhimēda spirālveida plūsmas ceļš.
• Izvairieties no īssavienojumiem:Kad ieplūde un izplūde ir pārāk tuvu, izveidojiet ribu konstrukcijas plūsmas ceļā, lai to pagarinātu un sadalītu ūdeni zem siltuma avota, neļaujot ūdenim tieši plūst no ieplūdes uz izplūdi.
• Izvairieties no pārmērīga plūsmas garuma:Gadījumos, kad siltuma avoti ir vertikāli slāņoti, parastā pieeja var būt plūsmas ceļu projektēšana no augšas uz leju vai otrādi, kas var izraisīt ievērojamas temperatūras atšķirības starp priekšpusi un aizmuguri. Apsveriet atsevišķu dzesēšanu katram slānim, lai atrisinātu šo problēmu.
• Minimizēt līkumus:Liekumi palielina galvas zudumu un plūsmas pretestību. Ja līkumi ir neizbēgami, nodrošiniet vienmērīgas pārejas, lai samazinātu spiediena kritumu, vienlaikus palielinot siltuma izkliedes laukumu.

 

Optimizācijas procesa laikā pārliecinieties, ka sistēmas plūsmas pretestība, termiskā pretestība un konstrukcijas izturība (piemēram, virsmas spiediens) atbilst projekta prasībām, vienlaikus ņemot vērā ražošanas iespējamību un izmaksas.

 

 

IV Optimizācijas projektēšanas metodes

 

• Hipotēžu analīze:Pamatojoties uz sākotnējo projektu, izmantojiet tādas optimizācijas idejas kā siltuma izkliedes laukuma palielināšana, šķērsgriezuma laukuma samazināšana vai ķēžu pievienošana, un aprēķiniet teorētiskos rezultātus.
• Skaitliskā simulācija:Pamatojoties uz analīzi, izveidojiet vairākus plūsmas ceļu projektēšanas modeļus, simulējiet nepieciešamos apstākļos un salīdziniet rezultātus.
• Eksperimentālā pārbaude:Izveidojiet eksperimentālus modeļus un testus, lai pārbaudītu hipotēžu analīzi un skaitliskās simulācijas rezultātus.