Įvadas
Šilumos kriauklės vaidina didžiulį vaidmenį, kad mūsų elektronika veiktų sklandžiai. Kai turite reikalų su procesoriais, GPU ar bet kokiomis-galios dalimis, šie mažieji vaikinai įsijungia, kad sugertų visą tą šilumą ir apsaugotų nuo kepimo. Jei esate inžinierius-ar tiesiog smalsus meistras,-būtina išmokti šilumos kriauklės projektavimo pagrindus.
Taigi, iš ko pagamintas šilumos kriauklė? Jis prasideda nuo pagrindo, kuris sėdi tiesiai ant karšto komponento, ir plekšnių, kurie išsiskleidžia, kad padidintų paviršiaus plotą, o tai padeda greičiau išleisti šilumą. Didelis iššūkis visada yra tas pats: kuo greičiau pašalinkite šilumą nuo šaltinio, kad visa sąranka nebūtų didelė ar nepatogi. Tai reiškia, kad reikia pasirinkti tinkamas medžiagas ir tinkamai suformuoti kriauklę. Aliuminis yra tinkamas-daugumai žmonių, nes jis lengvas ir pigus, bet jei norite geriausio našumo, varis yra jūsų draugas-net jei jis brangesnis.
Pirmas žingsnis kuriant šilumos šalintuvą yra išsiaiškinti, su kiek šilumos iš tikrųjų susiduriate. Pagalvokite apie žaidimų kompiuterį,{1}}kurie CPU gali išpumpuoti gerokai daugiau nei 100 vatų. Jums reikia šilumos kriauklės, kuri atlaikytų tokią apkrovą. Be to, svarbi aplinka. Galbūt jūsų įrenginys sandariai uždarytas ir beveik nėra oro srauto, o gal yra daug vietos orui judėti. Bet kuriuo atveju inžinieriai pasikliauja modeliavimo įrankiais, pvz., Skaičiavimo skysčių dinamika, kad nustatytų, kur kaupiasi šiluma ir kaip ji juda.
Vienas protingas triukas yra pakoreguoti pagrindo storį-paprastai nuo 3 iki 5 milimetrų. Teisingai pasiskirstysite šilumą tolygiau, sustabdydami tas įkyrias karštąsias vietas prieš jiems prasidedant. Įgiję šiuos pagrindus, galėsite pasinerti į smulkmenas: pelekų formas, oro srauto kelius, kaip sumažinti šiluminę varžą ir kaip užtikrinti, kad šilumnešis puikiai priglustų, nesukeliant papildomo svorio ar triukšmo. Galiausiai svarbu ne tik vėsinti-, bet ir užtikrinti, kad viskas veiktų kartu, tyliai ir efektyviai.
Pelenų geometrijos optimizavimas siekiant pagerinti šilumos išsklaidymą
Pelekų dizainas tikrai pagerina arba pablogina aušintuvo veikimą. Pelekai padidina paviršiaus plotą, todėl šiluma turi didesnę galimybę išeiti į orą. Kai inžinieriai dirba optimizuodami aušintuvą, jie žiūri į tokius dalykus kaip pelekų aukštis, storis, atstumu vienas nuo kito ir kokios formos jie yra. Pakilkite per aukštai arba supakuokite juos per arti, ir jūs iš tikrųjų pabloginsite situaciją-oras negali judėti, o vėsinimas greitai mažėja. Saldžioji vieta tarpai paprastai yra nuo 1 iki 3 mm. Tai leidžia orui tekėti, tuo pačiu užtikrinant daug kontakto.
Jūs taip pat turite skirtingus stilius. Smeigtukai-manau, kad maži cilindrai-geriausiai veikia, kai oras gali pūsti iš bet kurios krypties, pvz., naudojant natūralią konvekciją ir be ventiliatorių. Kita vertus, plokščių pelekai šviečia, kai ventiliatoriai stumia orą tiesiai. Nepamirškime ir medžiagų: varis greičiau perduoda šilumą, bet reikia jį padengti, kad nerūdytų.
Testavimas yra didžiulė viso to dalis. Inžinieriai išmeta tokius terminus kaip „optimizuoti aušintuvo pelekus“, nes viskas priklauso nuo bandymų, klaidų ir kruopštaus pakeitimo. Jie naudoja šilumines kameras, kad iš tikrųjų pamatytų, kaip šiluma juda per jų prototipus. Kai kurios naujesnės gudrybės apima banguotų arba dantytų kraštų pridėjimą prie pelekų. Tai sukelia turbulenciją, sumaišo orą ir padidina šilumos perdavimą net 20%, palyginti su plokščiais, tiesiais pelekais.
Realiame gyvenime, pavyzdžiui, žaidimų kompiuteryje, galite pamatyti pelekus, išdėstytus išskirstytomis eilėmis. Tai suardo ribinį sluoksnį-nejudančio oro sluoksnį, kuris prilimpa prie paviršių ir lėtina aušinimą. Skaičiavimai tampa techniniai, o tokie dalykai kaip Nusselto skaičiai padeda numatyti, kaip pelekai perneš šilumą. Viskas priklauso nuo pusiausvyros: per mažai pelekų ir eikvojate erdvę; per daug, o oras negali prasiskverbti.
Erdvė visada yra labai svarbi, pavyzdžiui, LED apšvietimas, todėl dizaineriai turi susikrauti efektyvių pelekų masyvų, kad viskas nebūtų didelė. Surinkus šias detales, aušinimas gali padidėti 15–30%. Štai kodėl teisingas pelekų dizainas yra šiuolaikinio šilumos valdymo pagrindas.
Aliuminio radiatoriai
Oro srauto įtaka šilumnešio efektyvumui
Oro srautas iš tikrųjų yra bet kurios aktyvios šilumnešio sąrankos širdis. Tai atitraukia šilumą nuo pelekų ir iškeliauja į pasaulį. Kai inžinieriai kalba apie tai, kad aušintuvai veiktų geriau, oro srautas visada iškyla, ypač todėl, kad ventiliatoriai-ašiniai arba išcentriniai-yra raumuo, stumiantis arba traukiantis orą ten, kur jo reikia. Kai stumiate orą ant pelekų, galite dešimt ar daugiau kartų paspartinti šilumos išsklaidymą, palyginti su tuo, kad tiesiog leisite šilumai pasišalinti savaime.
Tačiau yra pusiausvyros veiksmas. Svarbus ir ventiliatoriaus greitis (matuojamas aps./min.) ir judančio oro kiekis (kubinių pėdų per minutę), bet taip pat ir triukšmas-niekas nenori, kad savo kompiuteryje būtų reaktyvinis variklis. Ortakiai ir gaubtai taip pat padeda užtikrinti, kad oras iš tikrųjų tekėtų per pelekus, o ne praleistų juos.
Duomenų centruose tai darosi dar sudėtingiau. Kai stovai yra pilni aušintuvų, turite valdyti oro srautą visoje eilėje, kad karštas oras negrįžtų atgal ir nesugadintų jūsų vėsinimo pastangų. Čia įsijungia skaičiavimo modeliai,-kurie numato, kaip oras judės, todėl galite aptikti negyvąsias zonas ir išlaikyti tolygų vėsinimą.
Kai kurioms sąrankoms-ypač su tikrai tankiais pelekų matricomis-reikia ventiliatorių, kurie galėtų atremti didesnį pasipriešinimą. Štai ką žmonės turi omenyje kalbėdami apie varžos suderinimą: aukšto statinio slėgio ventiliatorių pasirinkimas, kad oras iš tikrųjų patektų per šilumos kriaukle, o ne tik aplink jį. Ir taip, frazė „oro srautas šilumos kriauklėse“ yra visur be priežasties.
Nelabai įkaistantiems dalykams, pvz.,{0}}mažos galios įrenginiams, užtenka tik leisti šiltam orui natūraliai kilti (ačiū, fizika), tačiau paprastai tuos radiatorius turite montuoti vertikaliai, kad gautumėte geriausią efektą. Kartais inžinieriai būna kūrybingi, prideda perforuotus pelekus arba nedidelius sūkurių generatorius, kad išmaišytų orą ir suardytų sklandų (laminarinį) srautą. Tai padeda perduoti šilumą, nes sumaišytas-oras sugeria daugiau šilumos.
Automobiliuose ir kitoje grubioje aplinkoje turite užsandarinti oro srauto takus ir pridėti filtrų, kad išvengtumėte dulkių ir išgyventumėte visą drebėjimą. Jei priartėsite prie oro srauto, kritinę temperatūrą galite numušti 20–40 laipsnių Celsijaus-. Tai labai svarbu siekiant patikimumo ir visiems, kurie siekia didesnio našumo ar įsibėgėjimo. Geras oro srautas ne tik atvėsina; tai išlaiko elektroniką gyvą daug ilgiau.
Šiluminio atsparumo mažinimo strategijos
Šiluminė varža (R_th) iš esmės parodo, kaip gerai radiatorius išneša šilumą iš šaltinio į lauką. Jei norite, kad jūsų aušintuvas veiktų gerai, tikrai norite, kad šis skaičius būtų mažas. Jis matuojamas Celsijaus laipsniais vienam vatui, todėl kuo mažesnis, tuo geriau. Pavyzdžiui, aukščiausios-pakopos aušintuvai gali pasiekti 0,2 laipsnio /W, o tai yra gana įspūdinga.
Šiluminę varžą gaunate iš kelių vietų: šilumos šaltinio ir kriauklės sąsajos, kriauklės pagrindo, pelekų ir šilumos patekimo į orą proceso (konvekcijos). Pirmajame-sąsaja-dažniausiai yra mažyčių spragų, kurių net nematote, bet jie turi skirtumą. Žmonės naudoja šiluminę pastą ar trinkeles, kad užpildytų šias spragas, o kai kurios iš šių medžiagų gali pasiekti iki 10 W/m·K laidumą.
Taip pat svarbus šilumos kriauklės pagrindas. Storesnės bazės tolygiau paskirsto šilumą, tačiau yra sunkesnės. Tada yra pelekai. Norite, kad jie perduotų kuo daugiau šilumos, todėl inžinieriai siekia, kad pelekų efektyvumas būtų beveik 90%. Matematika už viso to? Viena bendra lygtis yra R_th=1/(hAη), kur h yra konvekcijos koeficientas, A yra paviršiaus plotas, o η (eta) yra peleko efektyvumas.
Jei ieškote praktinių patarimų, štai kas padeda: nupoliruokite kontaktinius paviršius, kad sumažintumėte pasipriešinimą, arba naudokite šilumos vamzdelius, kad šiluma paskirstytų tolygiau, ypač naudojant didesnes kriaukles. Kai kurios pažangios konstrukcijos, pvz., garų kameros, naudoja fazių keitimus šilumai perkelti, o tai tikrai sumažina atsparumą.
Norėdami patikrinti, kaip gerai veikia šilumnešis, inžinieriai paprastai naudoja termoporas ir pastovios būsenos{0}}matavimus, užtikrindami, kad viskas atitiktų standartus (pvz., JEDEC, kuris yra įprastas puslaidininkiams). Ankštose erdvėse, pvz., nešiojamuosiuose kompiuteriuose, naujos medžiagos-manome, kad grafeno kompozitai-kelia dideles bangas, o kartais atsparumą sumažina per pusę.
Galų gale, jei sprendžiate kiekvieną šiluminės varžos galvosūkio dalį, sistema bus vėsesnė, išvengsite droselio ir padėsite aparatūrai veikti kuo geriau, net kai ji sunkiai dirba.
Variniai aušintuvai
Pažangių technologijų integravimas į radiatorių dizainą
Peržengus pagrindinius dalykus, šilumos kriauklės dizainas iš tiesų pasiteisina dėl pažangių technologijų. Kalbame apie išmaniąsias medžiagas, sumanias hibridines sistemas ir visokias gudrybes našumui padidinti. Pavyzdžiui, kai kurie dizaineriai fazes{2}}pakeičia medžiagas į pelekus. Jie sugeria šilumą iš karto, kai viskas intensyvėja,-pagalvokite apie elektrines transporto priemones, kurios staiga sunaudoja daug galios-ir palaiko pastovią temperatūrą, net kai aplinka tampa nenuspėjama.
Pridedanti gamyba (tai iš esmės yra 3D spausdinimas) atveria duris laukinėms naujoms formoms-pavyzdžiui, sudėtingoms grotelėms-, kurių tiesiog negalite sukurti naudojant seną-mokyklinę ekstruziją. Šios formos suteikia daugiau paviršiaus ir mažesnio svorio, todėl geriau vėsinate be tūrio.
Dabar įsivaizduokite aušintuvus su įtaisytais{0}}daviklių jutikliais dėl daiktų interneto technologijų. Jie stebi temperatūrą realiu laiku ir automatiškai reguliuoja ventiliatoriaus greitį, kad taupytų energiją ir viskas veiktų sklandžiai. Vietose, kur įprastas oro aušinimas negali atsilikti,-pvz., perpildytos serverių lentynos-, inžinieriai sujungia oro pelekus su skysčiu{5}}aušinamais mikrokanalais. Šis derinys sumažina šiluminę varžą ir apsaugo nuo didelio{7}}tankio serverių perkaitimo.
Taip pat yra didelis postūmis siekti tvarumo. Dizaineriai kreipiasi į perdirbamus aliuminio lydinius ir netgi pasiskolina idėjų iš gamtos,-pavyzdžiui, modeliuoja šilumnešius po termitų piliakalnių-, kad padidintų pasyvų oro srautą. Tokios įmonės kaip „Intel“ turi realų-pasaulio įrodymą, kad šie optimizavimai veikia. Pavyzdžiui, jų Xeon procesoriai veikia 30 procentų vėsiau su patobulintais šilumos skirstytuvais.
Žvelgiant į ateitį, nanomedžiagos pakeis žaidimą. Jie padidina laidumą nepadarydami įrenginių didesnių, o tai yra didžiulis laimėjimas kompaktiškiems įtaisams. Kai sujungiate visas šias technologijas, inžinieriai ne tik sprendžia problemas,{2}}jie nustato naujus patikimumo standartus, pvz., dirbtinio intelekto aparatūros ir 5G įrangos.
PowerWinxyra profesionalus radiatorių gamintojas, kurio specializacija yra aliuminio ir vario radiatorių sprendimai, skirti reiklioms reikmėms. „PowerWinx“, turėdamas patirties, susijusios su nulenktais pelekais, štampuotomis briaunomis, lituotomis aušinimo kriauklėmis ir pažangiomis skysčių šaldymo plokštėmis, teikia patikimus šiluminius sprendimus, taikydama tikslią gamybą, griežtą kokybės kontrolę ir tvirtą inžinerinį palaikymą pasauliniams klientams.
