Küttetorude jahutusradiaatorite ülim juhend: tööpõhimõte, tüübid ja valik

Soojustorude jahutusradiaatorite ülim juhend: tööpõhimõte, tüübid ja valik

Sissejuhatus

Tänapäeva maailmas, kus on suure{0}võimsusega elektroonika-serveritest ja inverteritest kuni LED-valgustuse ja elektrisõidukiteni,-on soojuse haldamine jõudluse ja töökindluse seisukohalt ülioluline. Statistika näitab sedaüle 55% elektroonikatõrgetest on seotud temperatuuriga{1}}. Kuna seadmed muutuvad väiksemaks ja võimsamaks, jäävad traditsioonilised jahutusmeetodid sageli alla. Sisestagesoojustoru jahutusradiaator: passiivne, ülitõhus soojusjuhtimise lahendus, mis ühendab faasi-muutuse soojusülekande põhimõtted täiustatud ribide kujundusega.

See põhjalik juhend juhendab teid kõike, mida peate soojustorude jahutusradiaatorite kohta teadma: kuidas need töötavad, nende põhikomponendid, erinevad tüübid, jõudluse testimine ja kuidas valida oma rakenduse jaoks õige. Samuti võrdleme soojustorusid aurukambri tehnoloogiaga, et aidata teil teha teadlikke inseneriotsuseid.

Mis on soojustoru?

Enne soojustorude jahutusradiaatoritesse sukeldumist on oluline mõista põhiküsimust:mis on asoojustoru?

A soojustoruon soojus{0}}ülekandeseade, mis ühendab nii soojusjuhtivuse kui ka faasisiirde põhimõtted, et tõhusalt soojust kahe tahke liidese vahel üle kanda. Esmakordselt patenteeris General Motorsi RS Gaugler 1942. aastal ja töötas hiljem iseseisvalt välja George Grover Los Alamose riiklikus laboris 1963. aastal. Soojustorud on muutunud kaasaegses elektroonikas jahutuses asendamatuks.

Soojustoru ilu seisneb selle lihtsuses: see ei sisalda liikuvaid osi, ei vaja välist voolu ja suudab soojust üle kanda sadu kordi tõhusamalt kui samade mõõtmetega tahke vaskvarras.

Kuidas soojustorud töötavad?

Arusaaminekuidas soojustorud töötavadon ülioluline kõigile, kes on seotud soojusjuhtimisega. Toiming põhineb pideval aurustumis{1}}kondensatsioonitsüklil:

Nelja{0}}etapiline tsükkel

Aurustumine: Kuumal liidesel (aurusti sektsioon) muutub soojust juhtiva tahke pinnaga kokkupuutuv vedelik auruks, neelates sellelt pinnalt soojust.

Auruvool: Seejärel liigub aur mööda soojustoru külma liideseni (kondensaatori sektsioon), mida juhib aurustumisel tekkiv rõhugradient.

Kondensatsioon:Aur kondenseerub jahedamas otsas tagasi vedelikuks, vabastades latentse aurustumissoojuse.

Tagasivoolu voog:Vedelik naaseb kuumale liidesele kapillaartegevuse (tahi struktuuri kaudu), tsentrifugaaljõu või raskusjõu kaudu ja tsükkel kordub.

Selle faasi{0}}muutmise mehhanismi tulemuseks onefektiivne soojusjuhtivus 100 kuni 1000 korda kõrgemkui tahke vask, mis võimaldab soojust transportida vahemaade taha minimaalse temperatuurilangusega.

Soojustoru struktuur ja komponendid

Tüüpiline soojustoru koosneb kolmest põhiosast:

1. Ümbrik

Suletud toru, mis sisaldab töövedelikku. Levinud materjalide hulka kuuluvad:

Vask: Kõige tavalisem elektroonika jahutuse jaoks, suurepärane soojusjuhtivus

Alumiinium: Kerge, kasutatakse koos ammoniaagi töövedelikuga kosmoselaevade jaoks

Roostevaba teras: Kõrge{0}}temperatuuri või söövitava keskkonna jaoks

2. Tahi struktuur

Toru sees olev poorne vooder, mis kasutab kondenseerunud vedeliku tagastamiseks kapillaartegevust. Levinud tahtitüübid on järgmised:

Paagutatud toru

Pulberpaagutamine + madal soon

3. Töövedelik

Vedelik valitakse töötemperatuuri vahemiku alusel:

Heat Pipe jahutusradiaator: täielik kokkupanek

A soojustoru jahutusradiaatorintegreerib ühe või mitu soojustoru ribidega konstruktsiooni (tavaliselt alumiiniumist või vasest), et luua terviklik jahutuslahendus. Soojustorud toimivad super-soojusjuhtidena, mis viivad soojust kiiresti aluselt ribidele, kus see hajub konvektsiooni teel (ventilaatoriga või ilma).

Tootmisprotsess

Soojustorude valmistamine: toru täidetakse töövedelikuga, evakueeritakse ja suletakse.

Uimede kinnitus: Uimed kinnitatakse soojustorude külge järgmiste meetoditega:

Jootmine/joodisjootmine: Tagab tugeva metallurgilise sideme madala soojustakistusega

Tõmblukuga uimed (libistades/volditud): tembeldatud ja volditud uimed libisesid üle torude, et tagada ribide tihedus

Manustatud/vajutage Fit: Soojustorud surutud soonega alusplaadile

Soojustorude konstruktsioonide tüübid

Siin on peamised soojustorude konstruktsioonide tüübid:

1. Paagutatud soojustoru

Tootmine: Vasepulber paagutatakse siseseinale

Näiline tihedus: peegeldab pulbri osakeste suurust ja ebakorrapärasust; väiksema näiva tihedusega pulber aitab vältida "kaaresilla" teket täitmise ajal

Eelised: tugev kapillaarjõud, töötab igas suunas (sh anti-gravitatsioon)

Tüüpiline kasutus: protsessori jahutid, suure{0}}võimsusega elektroonika

2. Soojustoru

Tootmine: Toru sees on ekstrudeeritud või töödeldud madalad või sügavad sooned

Eelised: Kõrge läbilaskvus, madal takistus vedelikuvoolule

Hammaste arv: D6: 80-100 hammast, D8: 135 hammast

Tüüpiline kasutus: horisontaalsed või gravitatsiooni{0}}abiga rakendused

3. Komposiitsoojustoru (paagutatud + soonega)

Tootmine: Ühendab vedeliku voolamiseks sooned paagutatud kihiga täiendava kapillaarjõu saamiseks

Eelised: kõrgem Q-max kui puhtal paagutatud torudel, suurepärane gravitatsioonivastane-jõudlus

Disaini kaalumine: kui see on osaliselt pulber-täidetud, nõuab negatiivse nurga testimine erilist tähelepanu

Tüüpiline kasutus: nõudlikud rakendused, mis nõuavad nii horisontaalset kui{0}}gravitatsioonivastast jõudlust

4. Õhuke/paindlik soojustoru

Tööpõhimõte: Kui aurustussektsiooni sisestatakse soojust, aurustub töövedelik ja siseneb aurukanalitesse, seejärel kondenseerub ja naaseb kapillaarjõu kaudu

Juhtimisparameetrid:

Osakeste suuruse jaotus: jämedam pulber=suurem poorsus, suurem läbilaskvus

Keskmise varda suurus: mõjutab paagutatud kihi paksust ja aurukanali suurust

Pulbri täitmise tihedus: Seotud täitemasina vibratsioonisagedusega

Paagutamistemperatuur: 900-1030 kraadi umbes 9 tundi

Aurukamber vs soojustoru: kumb on parem?

Soojusjuhtimises levinud küsimus onaurukambervs soojustoru-millise tehnoloogia peaksite valima? Mõlemad töötavad samal faasi{1}}muutmise põhimõttel, kuid erinevad geomeetria ja rakenduse poolest.

Peamised erinevused

aurukamber

Toimivuse võrdlus

Aurukambrid pakuvad üldiselt20–30% parem soojusjuhtivuskui samaväärsed soojustorude seadistused piiratud ruumides. Soojustorud on aga suurepärased, kui teil on vaja soojust pikematele vahemaadele liigutada (nt GPU-lt emaplaadi serva lähedalt tagumiste väljalaskeribadeni).

Millal valida igaüks

Valige soojustorud millal :

You need to transport heat over distances >100 mm

Seal on ruumi suurematele uimede virnadele ja mitmele ventilaatorile

Kulude kontroll on prioriteet

Seade võib kogeda füüsilist pinget (soojustorud on mehaaniliselt vastupidavamad)

Valige aurukambrid, kui :

Ruumi on väga vähe (õhukesed seadmed)

Peate kiiresti levitama soojust suurele alale

Teil on tegemist suure soojusvoo tihedusega levialadega

Rakendus võib õigustada suuremaid kulusid

Soojustorude jõudlusparameetrid ja testimine

Kvaliteedi tagamiseks läbivad soojustorud range testimise:

1. Soojustranspordi piirangud

Soojustoru maksimaalse läbilaskevõime määravad viis peamist soojusülekande piirangut:

Thekapillaaride piiron tavaliselt soojustoru konstruktsiooni piirav tegur ning seda mõjutavad tugevalt töösuund ja tahi struktuur.

2. Delta T (ΔT) test

Mõõdab temperatuuri erinevust aurusti ja kondensaatori otste vahel. Väiksem ΔT näitab paremat isotermilist jõudlust. Tööstusharu standard:100% kontroll, mille ΔT on väiksem või võrdne 5 kraadiga.

3. Q-max test

Määrab kindlaksmaksimaalne soojusülekandevõime(vattides), enne kui taht ära kuivab. See sõltub tahti struktuurist, vedelikust ja orientatsioonist.

4. Ohutus/pursketest

Soojustorud on surveanumad, mida on testitud nii, et nad taluvad kõrgeid temperatuure ilma lekkimiseta. Tüüpilinerikketemperatuur: 320 kraadilekke eest.

5. Soojustakistuse arvutamine

Pulbermetallist tahiga vask/vesisoojustoru puhul järgige ligikaudsed soojustakistuse juhised:

Aurusti/kondensaator: 0,2 kraadi /W/cm² (välispinna alusel)

Aksiaalne: 0,02 kraadi /W/cm² (aururuumi ristlõikepinna alusel)

Näide: 1,27 cm läbimõõduga 30,5 cm pikkuse soojustoru puhul, mis hajutab 75 W võimsust 5 cm pikkuse aurusti ja kondensaatoriga, on arvutatud ΔT ≈ 3,4 kraadi.

Heat Pipe jahutusradiaatorite eelised

Üli-kõrge soojusjuhtivus: kannab soojust üle 100–1000 korda paremini kui tahke vask

Isotermiline töö: Temperatuuride erinevus aurusti ja kondensaatori vahel on väga väike

Kerge ja kompaktne: võimaldab kaasaegse elektroonika jaoks õhuke disaini

Pole liikuvaid osi: vaikne töö ja kõrge töökindlus

Lai tööulatus: krüogeensetest (-243 kraadi) kuni kõrge temperatuuriga (1000 kraadi) rakendusteni

Passiivne operatsioon: Välist toidet pole vaja

Levinud materjalid: messing vs lilla vask

Materjalide erinevuste mõistmine on jahutusradiaatori kujundamisel ülioluline:

Purple Copper (C1100)

Puhtus: >99,9% puhas vask

Soojusjuhtivus: Suurepärane

Rakendused: Soojustorud, vesijahutusplaattorustikud

Omadused: Parem juhtivus ja soojusülekanne kui messingil

Messing (vase{0}}tsingisulam)

Koosseis: vask + tsink (vasesisaldus tavaliselt 60-80%)

Omadused: Kõrgem kõvadus, hea plastilisus, parem korrosioonikindlus

Rakendused: Konstruktsioonikomponendid, vesijahutusplaatide ühendused

Omadused: Hea oksüdatsioonikindlus, madalam soojusjuhtivus kui puhtal vasel

Sisseehitatud vasktoru külmplaat

Kombineerib mõlemat materjali, et kasutada ära nende eeliseid: lilla vask kiireks soojusjuhtivuse tagamiseks, messing korrosioonikindluse ja konstruktsiooni stabiilsuse tagamiseks.

Disaini kaalutlused ja valikujuhend

1. samm: määrake nõuded

Soojuskoormus (Q): Mitu vatti tuleb hajutada?

Maksimaalne lubatud temperatuur: T_ristmikvõi T_juhtum

Keskkonnatingimused: Õhuvool, temperatuur, ruumipiirangud

Orienteerumine: Kas soojustorud töötavad horisontaalselt, vertikaalselt või raskusjõu vastu?

2. samm: valige orientatsiooni põhjal taht tüüp

3. samm: määrake soojustoru suurus ja kogus

Läbimõõt: Levinud suurused 4mm, 6mm, 8mm. Suuremad läbimõõdud transpordivad rohkem soojust, kuid nõuavad rohkem ruumi

Torude arv: Mitut soojustoru kasutatakse paralleelselt soojuse levitamiseks ja soojustakistuse vähendamiseks

4. samm: Uimede kujundus

Fine materjal: alumiinium (kerge, kulutõhus{0}}) või vask (kõrgem juhtivus)

Uimede tihedus: rohkem uimesid suurendab pindala, kuid võib piirata õhuvoolu

Kinnitusmeetod: Jooteühendused pakuvad parimat soojuslikku jõudlust

Rakendused erinevates tööstusharudes

Soojustorude jahutusradiaatoreid kasutatakse erinevates rakendustes:

Korduma kippuvad küsimused

K: Kas soojustorud lekivad või ebaõnnestuvad?

Kvaliteetsed{0}}soojustorud on tihendatud ja nende purunemissurvetaluvust testitakse. Nende eluiga on väga pikk, kuid need võivad puruneda või neid kasutada üle Q-max piiri.

K: Kas soojustorusid saab painutada?

Jah, kuid ettevaatlik painutamine on vajalik, et vältida paindumist, mis piirab auruvoolu. Tuleb järgida minimaalse painderaadiuse juhiseid.

K: Kuidas arvutada, kui palju soojustorusid mul vaja on?

See sõltub kogu soojuskoormusest ja iga toru Q{0}}max. Keeruliste konstruktsioonide puhul on soovitatav kasutada termilist simulatsiooni (CFD).

K: Kas must jahutusradiaator on parem?

Ei-kuigi mustad pinnad kiirgavad veidi paremini, on konvektsioon ribidega jahutusradiaatorite domineeriv jahutusmehhanism. Värvil on jõudlusele tühine mõju.

K: Miks mitte teha kogu jahutusradiaator vasest?

Vask on raske, kallis ja raskemini töödeldav. Vasest soojustorude kombineerimine alumiiniumribidega tagab suurepärase jõudluse, kaalu ja kulude tasakaalu.

K: Mis vahe on soojustorudel ja aurukambritel?

Soojustorud edastavad soojust lineaarselt (1D), samas kui aurukambrid levitavad soojust üle pinna (2D). Suure soojusvoo tihedusega õhukeste seadmete jaoks sobivad paremini aurukambrid .

K: Kas soojustorud võivad töötada mis tahes suunas?

Paagutatud tahi soojustorud töötavad tugevate kapillaarjõudude tõttu igas suunas. Soonega tahi soojustorud vajavad raskusjõu abi.

Järeldus

Soojustorude jahutusradiaatorid on kaasaegse suure võimsusega{0}}elektroonika jaoks asendamatud. Phase{2}}change tehnoloogiat võimendades pakuvad need kompaktsetes ja usaldusväärsetes pakendites erakordset soojusjõudlust. Olenemata sellest, kas vajate standardset disaini või täielikult kohandatud lahendust, aitab teil optimaalse jahutuse saavutamiseks -tahitüüpide, materjalide, katsetamise ja valikukriteeriumide{5}}mõistmine.

Rakenduste jaoks, mis nõuavad üliõhukesi{0}}profiile või äärmist soojusvoo tihedust,aurukambri jahutaminevõib olla parem valik. Enamiku elektroonikaseadmete jahutusrakenduste puhul, mis nõuavad soojuse transporti kaugusega,soojustoru jahutusradiaatoridon kõige kuluefektiivsem ja usaldusväärsem lahendus.

KellTAGASI, oleme spetsialiseerunud eriotstarbeliste soojustorude jahutusradiaatorite projekteerimisele ja tootmisele mitmesugusteks rakendusteks, alates inverteritest ja LED-idest kuni telekommunikatsiooni- ja tööstusseadmeteni. Meie tehas kasutab täiustatud termosimulatsiooni, 100% testimist ja kvaliteetseid materjale, et teie tooted püsiksid jahedad ja töökindlad.

Kas olete valmis oma projekti arutama? Võtke meiega ühendust tasuta termokonsultatsiooni saamiseks või hinnapakkumise saamiseks. Meie insenerid aitavad teil leida ideaalse jahutuslahenduse.