في التطبيقات المختلفة، قد تعتمد القرارات الهندسية المتعلقة بالحل الأمثل للمشتتات الحرارية على التكلفة والأداء. من الناحية النظرية، يبدو الحصول على المنتج الأقل تكلفة لتلبية متطلبات الأداء أمرًا سهلاً. في الواقع، غالبًا ما يختار العملاء تغيير مواصفات الأداء (باستخدام شرائح مختلفة) أو التضحية ببعض الأداء (مثل تدهور الرقائق بناءً على الظروف) عند مواجهة الأسعار المرتفعة.
تقارن هذه المقالة العديد من المشتتات الحرارية بناءً على أنابيب الحرارة/غرفة البخار للحصول على مؤشرات الأداء والتكلفة:
الأداء: استخدم حزمة برامج FloTHERM CFD لحساب الأداء الإجمالي للمشتت الحراري Δ T.
التكلفة: بافتراض أن حجم الدفعة كبير بما يكفي، فإن تكلفة الاستثمار للقالب الصلب لن تنعكس في سعر الوحدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن سعر الوحدة يتعلق بالحل الأقل تكلفة (1 مرة، 1.1 مرة، وما إلى ذلك)، حيث أن زيادة حجم الدفعة سيؤدي إلى خفض تكلفة الوحدة.
معلمات تصميم غرفة التبريد
قوة مصدر الحرارة: 250 واط
حجم مصدر الحرارة: 30 × 30 ملم
الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة: 25 درجة
معدل تدفق الهواء: 40 قدم مكعب في الدقيقة (CFM)
المكثف: مثبت على الزعنفة مقاس 115*85*65 ملم
لنبدأ بالتصميم الأساسي ونتعمق تدريجيًا في العمليات المعقدة لنرى كيف يتأثر الأداء والتكلفة بالتصميم.
1. المبدد الحراري لأنابيب الحرارة المصنوعة من الألومنيوم أو النحاس
غرفة تبريد لأنابيب الحرارة بقاعدة من الألومنيوم على شكل حرف U
هذا هو التصميم الأكثر تقليدية لمشعاع الأنابيب الحرارية. يتم لحام أربعة أنابيب حرارية على شكل حرف U بقاعدة من الألومنيوم أو النحاس ثم تتلامس مع مصدر الحرارة. يجب أن تمر الحرارة أولاً عبر القاعدة ثم يمكنها الوصول إلى أنبوب الحرارة.
وبصرف النظر عن الثني، لم يتم إجراء أي عمليات ثانوية أخرى على أنابيب الحرارة الأربعة مقاس 6 مم، على الرغم من أن منطقة الاتصال بين أنابيب الحرارة والقاعدة في هذا المثال مسطحة قليلاً.
عقود الفروقات لمشعاع أنابيب الحرارة بقاعدة الألومنيوم
يوضح نموذج FloThermal أن درجة حرارة المشتت الحراري أعلى بمقدار 53.9 درجة من درجة الحرارة المحيطة (78.9 درجة -25 درجة =درجة الحرارة القصوى المرجعية - درجة الحرارة المحيطة)، ونحن نستخدم درجة الحرارة هذه كمقياس للأداء، مع معيار التكلفة المحدد مرة واحدة.
إذا كان الأداء العالي مطلوبًا، فيمكن استخدام قاعدة نحاسية بدلاً من قاعدة الألومنيوم. الموصلية الحرارية لقاعدة النحاس هي ضعف قاعدة الألومنيوم، وبالتالي يتم تحسين أداء قاعدة النحاس بمقدار 2.3 درجة. تصميم القاعدة النحاسية يزيد التكلفة بنسبة 5% مقارنة بقاعدة الألومنيوم، كما أن هناك زيادة طفيفة في الوزن.
2. المبرد المبرد لأنبوب الحرارة ذو الاتصال المباشر
مشعاع أنبوب الحرارة ذو الاتصال المباشر
يسمح هذا التصميم بالاتصال المباشر بين مصدر الحرارة وأنبوب الحرارة، وبالتالي التخلص من القاعدة الممتصة للحرارة ومواد الواجهة (اللحام المستخدم لتأمين أنبوب الحرارة إلى القاعدة). ومع ذلك، من أجل الحصول على نعومة السطح اللازمة، يجب تشكيل أنبوب الحرارة (التشغيل الثانوي).
عقود الفروقات لمشعاع الأنابيب الحرارية ذات الاتصال المباشر
بسبب الاتصال المباشر بين أنبوب الحرارة ومصدر الحرارة، تم تحسين أداء هذا التصميم للمشتت الحراري إلى 49.3 درجة، وهو أعلى بمقدار 4.6 درجة من المعيار القياسي وأعلى بمقدار 2.3 درجة من التصميم باستخدام قاعدة نحاسية. ومع ذلك، فإنه يتطلب معالجة إضافية للقاعدة (تضمين أخاديد أنبوب الحرارة) ومعالجة أنبوب الحرارة، وهو ما يعادل 1.1 مرة تكلفة التصميم القياسي (10٪ أكثر تكلفة).
3. بالوعة الحرارة لوحة درجة الحرارة موحدة على شكل حرف U
بالوعة الحرارة لوحة درجة حرارة موحدة على شكل حرف U
يستبدل هذا الحل أربعة أنابيب حرارية مقاس 6 مم بغرفة بخار واحدة على شكل حرف U. من حيث التصميم، فهو يشبه إلى حد كبير المشتت الحراري لأنبوب الحرارة الذي يتصل مباشرة، وكلاهما يسمح لوحدة المعالجة المركزية لمصدر الحرارة بالاتصال المباشر بالمكونات ثنائية الطور. الاعتبار المهم عند اختيار هذا التصميم هو ما إذا كان مورد المشتت الحراري يمكنه تصنيع غرفة بخار متكاملة، حيث لا يمكن ثني التصميمات التقليدية المكونة من قطعتين على شكل حرف U.
CFD على المشتت الحراري للوحة درجة الحرارة الموحدة على شكل حرف U
بالمقارنة مع تصميم أنابيب الحرارة ذات الاتصال المباشر، فقد تحسن أداء محلول المبدد الحراري vc بنسبة 21.5% (11.6 درجة)، بينما زادت التكلفة بنسبة 4.55% فقط. ومع ذلك، أدت الزيادة في سمك جدار المبدد الحراري VC إلى زيادة حوالي 75 جرامًا في وزن مشعاع المبدد الحراري.
4. ثلاثية الأبعاد لوحة درجة حرارة موحدة بالوعة الحرارة
ثلاثية الأبعاد لوحة درجة حرارة موحدة بالوعة الحرارة
في هذا التصميم، تكون اللوحة السفلية الممتصة للحرارة عبارة عن غرفة بخار تشترك في ممر بخار مع أنبوب الحرارة المكثف العمودي. أثناء مرحلة التصنيع، يتم لحام 8 أنابيب حرارية من النوع المفتوح في لوحة غرفة بخار ذات فتحات؛ تكون غرفة البخار على اتصال مباشر بمصدر الحرارة، وتوزع الحرارة بالتساوي على طول المستوى XY، وتوزع الحرارة إلى الزعانف من خلال أنابيب الحرارة العمودية.
CFD للمشتت الحراري ثلاثي الأبعاد مع غرفة البخار
يتمتع هذا التصميم بأفضل أداء، لكن التكلفة مرتفعة. بالمقارنة مع أقرب منافسيها، تصميم لوحة المبدد الحراري vc على شكل حرف U، انخفضت درجة حرارتها بما يقرب من درجتين (زاد الأداء بنسبة 4.9%)، لكن سعرها تضاعف (زاد بنسبة 117%).
ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه الحالة لم تسلط الضوء بشكل كامل على المزايا المحتملة لتصميم غرفة البخار ثلاثية الأبعاد. مع زيادة حجم اللوحة السفلية المطلوبة، يزداد أيضًا فرق الأداء بين هذا المحلول وتصميم لوحة غرفة البخار على شكل حرف U.
ملخص
يوضح الجدول أدناه أن تغيير المادة أو المكونات ثنائية الطور للمشتت الحراري يمكن أن يحقق تحسنًا كبيرًا في الأداء. بدءًا من المشتت الحراري المعتمد على الألومنيوم إلى حل لوحة المبدد الحراري vc ثلاثي الأبعاد، تم تحسين الأداء بمقدار 17 درجة، لكن التكلفة زادت بنسبة 150%.
مقارنة أداء المبرد والتكلفة
من خلال استبدال القاعدة بمادة نحاسية تتمتع بموصلية حرارية أقوى أو جعل أنبوب الحرارة على اتصال مباشر بمصدر الحرارة، يمكن تحقيق تحسين متوسط في الأداء يبلغ حوالي 7% -15% وزيادة في التكلفة (بالنسبة للمعيار القياسي) .
قد يكون التصميم الذي يتمتع بأفضل قيمة إجمالية في ضوء معلمات التطبيق عبارة عن مشتت حراري لغرف البخار. وعلى الرغم من أنه أغلى بنسبة 15% من السعر القياسي، فقد تحسن أداءه بنسبة 28% (بنسبة 15.2 درجة).
الوسم : خافضات حرارة 250 واط مع أنابيب حرارية / غرفة بخار، الصين، الموردين، الشركات المصنعة، مصنع، عينة مجانية مخصصة، صنع في الصين
