مع تزايد التكامل والتعقيد والذكاء في معدات الطاقة، يتزايد عدد المكونات باستمرار، كما تتحسن كثافة الطاقة للمكونات بشكل كبير.
عندما تتجاوز كثافة تدفق الحرارة للمبرد 0.1 وات/م2، لم يعد التبريد الهوائي العادي قادرًا على تلبية متطلبات تبديد الحرارة، وتستخدم معظم الحلول التبريد السائل لتبديد الحرارة. وبالمقارنة مع التبريد الذاتي التقليدي والتبريد الهوائي، يتمتع التبريد السائل بمزايا قدرة تحمل الحرارة القوية والختم ومنع الغبار والاستخدام المرن، ويُستخدم على نطاق واسع في تبديد الحرارة لمنتجات الطاقة.
مبدأ عمل التبريد السائل هو إزالة الحرارة المنبعثة من المكونات الإلكترونية عالية الطاقة المرتبة على سطح اللوحة المبردة بالسائل عن طريق تدفق سائل التبريد عبر قنوات التدفق المعالجة داخل اللوحة، وبالتالي تحقيق تبديد الحرارة للمعدات بأكملها. بصفتها المكون الأساسي لنظام التبريد السائل، فإن أداء تبديد الحرارة للوحة التبريد السائل يحدد بشكل مباشر الأداء العام لنظام التبريد.
قام هذا المقال باختبار وتحليل ثلاث قنوات تدفق شائعة للوحات المبردة بالسائل من خلال التجارب، ومقارنة قدرات تبديد الحرارة لللوحات المبردة بالسائل ذات الزعانف، واللوحات المبردة بالسائل الأسطوانية واللوحات المبردة بالسائل المدمجة في أنابيب النحاس.
1. نموذج التصميم والمعلمات ذات الصلة للوحة التبريد السائل
تصمم هذه المقالة ثلاثة أنواع من ألواح التبريد السائل، وهي ألواح التبريد السائل ذات الزعانف، وألواح التبريد السائل ذات الزعانف الأسطوانية، وألواح التبريد السائل ذات الأنابيب النحاسية المدمجة. الأبعاد الخارجية لألواح التبريد السائل هي 300 مم × 227 مم × 22 مم، والمادة هي سبائك الألومنيوم 6063.
وفقًا للخبرة الهندسية، فإن سمك الزعانف المزعنفة يكون عمومًا 1.5~3 مم. ونظرًا لأن التصنيع رقيق للغاية، فإن هذا أمر صعب، ويتطلب اللحام الفراغي سمكًا معينًا للزعانف للاتصال بلوحة الغطاء الخلفية، لذلك يتم اختيار سمك الزعانف 2 مم. لتجنب مقاومة التدفق المفرطة، يتم ضبط تباعد الزعانف الصافية على 3 مم (بشكل عام، يعتبر تباعد الأسنان بسمك 1:1 حدًا لكثافة الزعانف).
وفقًا للخبرة الهندسية، يبلغ ارتفاع الزعانف عادةً 5~10 مم. مع الأخذ في الاعتبار أن الزعانف الأقصر، والمقطع العرضي للتدفق أصغر، وسرعة التدفق أعلى، ومقاومة التدفق أكبر، في نطاق تصميم معقول، يتم ضبط ارتفاع الزعانف على 8 مم.
يبلغ قطر الأسطوانة عمومًا 3~5 مم بناءً على الخبرة الهندسية. مع الأخذ في الاعتبار أن أضيق جزء من عرض القناة يبلغ 20 مم فقط، لضمان وجود أسطوانتين في اتجاه عرض القناة الضيقة، تم تصميم قطر الأسطوانة ليكون 3 مم. يتم ضبط الحد الأدنى للمسافة الخالية بين الأسطوانات على 3 مم، كما يتم ضبط ارتفاع العمود على 8 مم.
تعتمد لوحة التبريد السائل ذات الأنبوب النحاسي المدمج على أنبوب نحاسي بقطر خارجي 10 مم وسمك جدار 1 مم مدمج في لوحة التبريد السائل ثم يتم تسويته وتثبيته. يتم ملء لاصق راتنج الإيبوكسي بين الأنبوب النحاسي ولوحة التبريد السائل لتقليل مقاومة الحرارة التلامسية.
أبعاد هياكل ألواح التبريد السائل ذات الزعانف والأسطوانات
أبعاد هياكل ألواح التبريد السائل ذات الأنابيب النحاسية المدمجة
قناة التدفق الداخلية للوحة التبريد السائلة ذات الزعانف
قناة التدفق الداخلية للوحة التبريد السائل الأسطوانية
تم تصميم سمك ركيزة اللوحة الباردة المبردة بالسائل بشكل موحد ليكون 10 مم، مما يمكنه تقليل مقاومة الحرارة المنتشرة بشكل كامل وتجنب اختراق البراغي لقناة المياه.
يظهر توزيع مصدر الحرارة للوحة المبردة بالسائل أدناه. تتكون لوحة التبريد المبردة بالسائل من 5 وحدات تولد الحرارة ومرتبة بالتساوي على قناة التدفق. يوجد وحدتا IGBT أعلى اللوحة المبردة بالسائل، كل منهما تستهلك حرارة 600 وات؛ يوجد ثلاث وحدات ثنائية أدناه، كل منها تستهلك حرارة 200 وات وإجمالي استهلاك حرارة 1800 وات. لتحسين مقاومة الحرارة التلامسية، يتم ملء الشحم الحراري بين وحدة التسخين ولوحة التبريد السائل.
نظام القياس
يظهر نظام القياس الرئيسي لمنضدة الاختبار هذه في الشكل التالي، بما في ذلك قياس التدفق، وقياس الضغط، وقياس درجة الحرارة.
يظهر تخطيط نقاط قياس درجة الحرارة في الشكل. تم ترتيب إجمالي 8 نقاط لقياس درجة الحرارة لهذه التجربة. من بينها، يتم ترتيب T1 إلى T6 على لوحة التبريد السائل، ويتم استخدام النقطتين الأخريين لقياس درجات حرارة السائل الداخل والخارج، والتي يتم ترتيبها على التوالي على الصمامات ثلاثية الاتجاهات لمقاييس ضغط المدخل والمخرج. والسبب في ترتيب نقاط درجة الحرارة لقياس تدفق المياه الداخل والخارج هنا، منفصلة عن لوحة التبريد السائل، هو بشكل أساسي لتجنب التأثر بنظام التدفئة على لوحة التبريد السائل.
الاختبار وتحليل البيانات
تم اختبار ثلاثة أنواع من اللوحات المبردة بالسائل وتم الحصول على بيانات الاختبار كما هو موضح في الجداول 1 و 2 و 3.
من خلال تحليل بيانات الاختبار، وجد أنه في ظل نفس معدل التدفق وظروف درجة حرارة المدخل، فإن درجة الحرارة عند كل نقطة قياس درجة حرارة للوحة التبريد السائلة ذات الزعانف هي الأدنى، تليها لوحة التبريد السائلة الأسطوانية، ولوحة التبريد السائلة ذات الأنبوب النحاسي المدمج لها أعلى درجة حرارة.
متوسط درجة حرارة لوحة التبريد السائل الأسطوانية أعلى بمقدار 2.5 درجة من درجة حرارة لوحة التبريد السائل ذات الزعانف، ومتوسط درجة حرارة لوحة التبريد السائل المدمجة في أنبوب نحاسي أعلى بمقدار 8.5 درجة من درجة حرارة لوحة التبريد السائل ذات الزعانف، ومتوسط درجة حرارة لوحة التبريد السائل المدمجة في أنبوب نحاسي أعلى بمقدار 6 درجات من درجة حرارة لوحة التبريد السائل الأسطوانية.
الجدول 1 بيانات اختبار صفيحة التبريد السائل ذات الزعانف
الجدول 2 بيانات اختبار لوحة التبريد السائل الأسطوانية
الجدول 3 بيانات اختبار لوحة التبريد السائل ذات الأنبوب النحاسي المدمج
خاتمة
اختبرت هذه المقالة ثلاث لوحات مبردة بالسائل شائعة، وهي لوحات مبردة بالسائل ذات زعانف، ولوحات مبردة بالسائل أسطوانية، ولوحات مبردة بالسائل ذات أنابيب نحاسية مدمجة، من خلال التجارب.
بعد تحليل بيانات الاختبار، وجد أنه في ظل نفس ظروف التشغيل، فإن اللوحة المبردة بالسائل ذات الزعانف لها أدنى درجة حرارة اختبار وأفضل تأثير لتبديد الحرارة؛ وتأتي لوحة التبريد السائل الأسطوانية في المرتبة الثانية، بمتوسط درجة حرارة أعلى بمقدار 2.5 درجة من لوحة التبريد السائل ذات الزعانف؛ تتمتع لوحة التبريد السائل من نوع أنبوب النحاس بأعلى درجة حرارة اختبار وأسوأ تأثير لتبديد الحرارة، بمتوسط درجة حرارة أعلى بمقدار 8.5 درجة من لوحة التبريد السائل من نوع الزعانف.
على الرغم من أن تأثير تبديد الحرارة للوحة تبريد السائل المضمنة بالأنبوب ضعيف، إلا أن تكلفة معالجتها هي الأقل بين هذه الأنواع الثلاثة من لوحات تبريد السائل. في ظل فرضية بدل التصميم الحراري، يمكن أن يؤدي استخدام لوحة تبريد السائل المضمنة بالأنبوب النحاسي إلى تقليل التكاليف.
الوسم : تصميم وتحليل قناة تدفق اللوحة الباردة المبردة بالسائل، الصين، الموردين، الشركات المصنعة، المصنع، مخصص، عينة مجانية، صنع في الصين, لوحات باردة الألومنيوم للبطارية, مغارير الحرارة المطوي, تصميم Deathink, صفيحة باردة تبريد المياه الصناعية, لوحة التبريد السائل, صفيحة بارد سائل فراغ فراغ
