Galīgais ceļvedis apkures cauruļu siltuma izlietnēm: darbības princips, veidi un izvēle

Galīgais ceļvedis siltuma cauruļu siltuma izlietnēm: darbības princips, veidi un izvēle

Ievads

Mūsdienu pasaulē, kurā ir lielas -jaudas elektronikas-no serveriem un invertoriem līdz LED apgaismojumam un elektriskajiem transportlīdzekļiem,-siltuma pārvaldība ir ļoti svarīga veiktspējai un uzticamībai. Statistika liecina, kavairāk nekā 55% elektronisko kļūmju ir saistītas ar temperatūru{1}}. Tā kā ierīces kļūst mazākas un jaudīgākas, tradicionālās dzesēšanas metodes bieži vien ir nepietiekamas. Ievadietsiltuma caurules siltuma izlietne: pasīvs, ļoti efektīvs siltuma pārvaldības risinājums, kas apvieno fāzes -izmaiņas siltuma pārneses principus ar modernu spuru dizainu.

Šajā visaptverošajā rokasgrāmatā ir sniegta informācija par visu, kas jums jāzina par siltuma cauruļu siltuma izlietnēm: kā tās darbojas, to galvenās sastāvdaļas, dažādi veidi, veiktspējas testēšana un to, kā izvēlēties savam lietojumam piemērotāko. Mēs arī salīdzināsim siltuma caurules ar tvaika kameras tehnoloģiju, lai palīdzētu jums pieņemt pārdomātus inženiertehniskos lēmumus.

Kas ir siltuma caurule?

Pirms iegremdēšanās siltuma caurules siltuma izlietnēs, ir svarīgi saprast pamatjautājumu:kas ir asiltuma caurule?

A siltuma cauruleir siltuma{0}}pārvades ierīce, kas apvieno gan siltumvadītspējas, gan fāzes pārejas principus, lai efektīvi pārnestu siltumu starp divām cietajām saskarnēm. Pirmo reizi patentēja RS Gaugler no General Motors 1942. gadā un vēlāk neatkarīgi izstrādāja Džordžs Grovers Losalamos Nacionālajā laboratorijā 1963. gadā. Siltuma caurules ir kļuvušas neaizstājamas mūsdienu elektronikas dzesēšanā.

Siltuma caurules skaistums slēpjas tās vienkāršībā: tajā nav kustīgu daļu, tai nav nepieciešama ārēja jauda, ​​un tā var nodot siltumu simtiem reižu efektīvāk nekā tāda paša izmēra ciets vara stienis.

Kā darbojas siltuma caurules?

Sapratnekā darbojas siltuma caurulesir ļoti svarīgi ikvienam, kas iesaistīts siltuma pārvaldībā. Darbība balstās uz nepārtrauktu iztvaikošanas{1}}kondensācijas ciklu:

Četru{0}}pakāpju cikls

Iztvaikošana: Karstā saskarnē (iztvaicētāja sekcijā) šķidrums, kas saskaras ar siltumvadošu cietu virsmu, pārvēršas tvaikos, absorbējot siltumu no šīs virsmas.

Tvaika plūsma: Pēc tam tvaiki virzās pa siltuma cauruli uz auksto saskarni (kondensatora sekciju), ko virza iztvaikošanas laikā radītais spiediena gradients.

Kondensāts:Dzesētājā galā tvaiki kondensējas atpakaļ šķidrumā, atbrīvojot latento iztvaikošanas siltumu.

Atgriešanās plūsma:Šķidrums atgriežas karstajā saskarnē, izmantojot kapilāru darbību (caur dakts struktūru), centrbēdzes spēku vai gravitāciju, un cikls atkārtojas.

Šis fāzes{0}}izmaiņu mehānisms radaefektīvā siltumvadītspēja 100 līdz 1000 reizes lielākanekā cietais varš, kas ļauj transportēt siltumu lielos attālumos ar minimālu temperatūras kritumu.

Siltuma cauruļu struktūra un sastāvdaļas

Tipiska siltuma caurule sastāv no trim galvenajām daļām:

1. Aploksne

Aizzīmogota caurule, kurā ir darba šķidrums. Parastie materiāli ietver:

Varš: Visizplatītākais elektronikas dzesēšanai, lieliska siltumvadītspēja

Alumīnijs: Viegls, izmanto ar amonjaka darba šķidrumu kosmosa kuģiem

Nerūsējošais tērauds: augstai{0}}temperatūrai vai kodīgai videi

2. Dakts struktūra

Porainā odere caurules iekšpusē, kas izmanto kapilāru darbību, lai atgrieztu kondensēto šķidrumu. Izplatītākie dakts veidi ietver:

Saķepināta caurule

Pulvera saķepināšana + sekla grope

3. Darba šķidrums

Šķidrumu izvēlas, pamatojoties uz darba temperatūras diapazonu:

Siltuma caurules siltuma izlietne: pilnīga montāža

A siltuma caurules siltuma izlietneintegrē vienu vai vairākas siltuma caurules spurainā konstrukcijā (parasti alumīnija vai vara), lai izveidotu pilnīgu dzesēšanas risinājumu. Siltuma caurules darbojas kā super-siltuma vadītāji, ātri pārvietojot siltumu no pamatnes uz ribām, kur tas tiek izkliedēts konvekcijas ceļā (ar ventilatoru vai bez tā).

Ražošanas process

Siltuma cauruļu izgatavošana: Caurule ir piepildīta ar darba šķidrumu, evakuēta un noslēgta.

Spuras stiprinājums: Spuras tiek piestiprinātas pie siltuma caurulēm, izmantojot tādas metodes kā:

Lodēšana/lodēšana: Nodrošina spēcīgu metalurģisko saiti ar zemu termisko pretestību

Rāvējslēdzēja spuras (saliektas/salocītas): Apzīmogotas un salocītas spuras slīdēja pāri caurulēm, lai nodrošinātu augstu spuru blīvumu

Iegults/nospiediet Fit: Siltuma caurules iespiestas rievotā pamatplāksnē

Siltuma cauruļu konstrukciju veidi

Šeit ir galvenie siltuma cauruļu konstrukciju veidi:

1. Saķepināta siltuma caurule

Ražošana: Vara pulveris tiek saķepināts uz iekšējās sienas

Šķietamais blīvums: Atspoguļo pulvera daļiņu izmēru un nelīdzenumus; zemāka šķietamā blīvuma pulveris palīdz novērst "arku tilta" veidošanos pildīšanas laikā

Priekšrocības: Spēcīgs kapilārais spēks, darbojas jebkurā orientācijā (ieskaitot anti-gravitāciju)

Tipisks lietojums: CPU dzesētāji, lieljaudas{0}}elektronika

2. Rievota siltuma caurule

Ražošana: Caurules iekšpusē ir izspiestas vai apstrādātas seklas vai dziļas rievas

Priekšrocības: augsta caurlaidība, zema pretestība šķidruma plūsmai

Zobu skaits: D6: 80-100 zobi, D8: 135 zobi

Tipisks lietojums: horizontālas vai gravitācijas{0}}atbalstītas lietojumprogrammas

3. Saliktā siltuma caurule (saķepināta + rievota)

Ražošana: Apvieno rievas šķidruma plūsmai ar saķepināto slāni papildu kapilāram spēkam

Priekšrocības: augstāks Q-max nekā tīri saķepinātām caurulēm, lieliska pret-gravitācijas veiktspēja

Dizaina apsvērumi: ja tas ir daļēji pildīts ar pulveri{0}}, negatīva leņķa pārbaudei ir jāpievērš īpaša uzmanība

Tipisks lietojums: prasīgas lietojumprogrammas, kurām nepieciešama gan horizontāla, gan pret{0}}gravitācijas veiktspēja

4. Plāna/elastīga siltuma caurule

Darba princips: Kad iztvaicēšanas sekcijā tiek ievadīts siltums, darba šķidrums iztvaiko un nonāk tvaika kanālos, pēc tam kondensējas un atgriežas ar kapilāro spēku

Vadības parametri:

Daļiņu izmēra sadalījums: rupjāks pulveris=lielāka porainība, lielāka caurlaidība

Centrālā stieņa izmērs: ietekmē saķepinātā slāņa biezumu un tvaika kanāla izmēru

Pulvera iepildīšanas blīvums: saistīts ar iepildīšanas mašīnas vibrācijas frekvenci

Saķepināšanas temperatūra: 900 ~ 1030 grādi apmēram 9 stundas

Tvaika kamera vs siltuma caurule: kura ir labāka?

Izplatīts jautājums siltuma pārvaldībā irtvaika kamerapret siltuma cauruli-kuru tehnoloģiju izvēlēties? Abi darbojas pēc viena un tā paša fāzes{1}}izmaiņas principa, taču atšķiras pēc ģeometrijas un pielietojuma.

Galvenās atšķirības

tvaika kamera

Veiktspējas salīdzinājums

Tvaika kameras parasti piedāvāPar 20–30% labāka siltumvadītspējanekā līdzvērtīgi siltuma cauruļu uzstādījumi ierobežotās telpās. Tomēr siltuma caurules ir izcilas, ja jums ir nepieciešams pārvietot siltumu lielākos attālumos (piemēram, no GPU netālu no mātesplates malas uz aizmugurējām izplūdes ribām).

Kad izvēlēties katru

Izvēlieties siltuma caurules, kad :

You need to transport heat over distances >100 mm

Šeit ir vieta lielākiem spuru kaudzēm un vairākiem ventilatoriem

Izmaksu kontrole ir prioritāte

Ierīce var piedzīvot fizisku slodzi (siltuma caurules ir mehāniski izturīgākas)

Izvēlieties tvaika kameras, kad :

Vieta ir ļoti ierobežota (plānas ierīces)

Jums ātri jāizplata siltums lielā platībā

Jums ir darīšana ar karstajiem punktiem ar augstu siltuma plūsmas blīvumu

Pieteikums var attaisnot augstākas izmaksas

Siltuma caurules veiktspējas parametri un testēšana

Lai nodrošinātu kvalitāti, siltuma caurulēm tiek veikta stingra pārbaude:

1. Siltuma transportēšanas ierobežojumi

Ir pieci primārie siltuma pārneses ierobežojumi, kas nosaka maksimālo siltuma caurules jaudu:

Thekapilāru robežaparasti ir ierobežojošais faktors siltuma cauruļu projektēšanā, un to spēcīgi ietekmē darbības orientācija un dakts struktūra.

2. Delta T (ΔT) tests

Mēra temperatūras starpību starp iztvaicētāja un kondensatora galiem. Mazāks ΔT norāda uz labāku izotermisko veiktspēju. Nozares standarts:100% pārbaude ar ΔT mazāku vai vienādu ar 5 grādiem.

3. Q-maksimālais tests

Nosakamaksimālā siltuma pārneses jauda(vatos), pirms dakts izžūst. Tas ir atkarīgs no dakts struktūras, šķidruma un orientācijas.

4. Drošības/sprādziena pārbaude

Siltuma caurules ir spiediena tvertnes, kas pārbaudītas, lai izturētu augstu temperatūru bez noplūdes. Tipiskiatteices temperatūra: 320 grādipar noplūdi.

5. Termiskās pretestības aprēķins

Vara/ūdens siltuma caurulei ar pulvermetāla dakti, aptuvenās termiskās pretestības vadlīnijas:

Iztvaicētājs/kondensators: 0,2 grādi /W/cm² (pamatojoties uz ārējās virsmas laukumu)

Aksiālais: 0,02 grādi /W/cm² (pamatojoties uz tvaika telpas šķērsgriezuma laukumu)

Piemērs: 1,27 cm diametra, 30,5 cm garai siltuma caurulei, kas izkliedē 75 W ar 5 cm garu iztvaicētāju un kondensatoru, aprēķinātā ΔT ≈ 3,4 grādi.

Siltuma caurules siltuma izlietņu priekšrocības

Īpaši-augsta siltumvadītspēja: Nodod siltumu 100–1000 reižu labāk nekā cietais varš

Izotermiskā darbība: Temperatūras starpība starp iztvaicētāju un kondensatoru ļoti maza

Viegls un kompakts: nodrošina plānu dizainu modernai elektronikai

Nav kustīgu daļu: Klusa darbība un augsta uzticamība

Plašs darbības diapazons: no kriogēnas (-243 grādi) līdz augstas temperatūras (1000 grādi) lietojumiem

Pasīvā darbība: nav nepieciešama ārēja barošana

Izplatītākie materiāli: misiņš un purpursarkanais varš

Izpratne par materiālu atšķirībām ir ļoti svarīga siltuma izlietnes projektēšanai:

Purple Copper (C1100)

Tīrība: >99,9% tīrs varš

Siltumvadītspēja: Lieliski

Lietojumprogrammas: Siltuma caurules, ūdens dzesēšanas plākšņu cauruļvadi

Raksturlielumi: Labāka vadītspēja un siltuma pārnese nekā misiņam

Misiņš (vara{0}}cinka sakausējums)

Sastāvs: varš + cinks (vara saturs parasti 60-80%)

Īpašības: Augstāka cietība, laba elastība, labāka izturība pret koroziju

Lietojumprogrammas: Konstrukciju sastāvdaļas, ūdens dzesēšanas plākšņu savienojumi

Raksturlielumi: Laba oksidācijas izturība, zemāka siltumvadītspēja nekā tīram vara

Iegulta vara caurules aukstā plāksne

Apvieno abus materiālus, lai izmantotu to priekšrocības: purpursarkans varš ātrai siltuma vadīšanai, misiņš izturībai pret koroziju un konstrukcijas stabilitātei.

Dizaina apsvērumi un atlases rokasgrāmata

1. darbība: definējiet prasības

Siltuma slodze (Q): Cik vati ir jāizkliedē?

Maksimālā pieļaujamā temperatūra: T_krustojumsvai T_lietu

Apkārtējās vides apstākļi: Gaisa plūsma, temperatūra, telpas ierobežojumi

Orientēšanās: Vai siltuma caurules darbosies horizontāli, vertikāli vai pret gravitāciju?

2. darbība: atlasiet dakts veidu, pamatojoties uz orientāciju

3. darbība: nosakiet siltuma caurules izmēru un daudzumu

Diametrs: parastie izmēri 4mm, 6mm, 8mm. Lielāks diametrs transportē vairāk siltuma, bet prasa vairāk vietas

Cauruļu skaits: vairākas siltuma caurules, ko izmanto paralēli, lai izplatītu siltumu un samazinātu termisko pretestību

4. darbība: spuru dizains

Fin Materiāls: alumīnijs (viegls,{0}}izdevīgs) vai varš (augstāka vadītspēja)

Spuras blīvums: Vairāk spuru palielina virsmas laukumu, bet var ierobežot gaisa plūsmu

Piestiprināšanas metode: Lodētie savienojumi nodrošina vislabāko siltuma veiktspēju

Lietojumprogrammas visās nozarēs

Siltuma caurules siltuma izlietnes tiek izmantotas dažādos lietojumos:

Bieži uzdotie jautājumi

J: Vai siltuma caurules kādreiz neplūst vai neizdodas?

Augstas-kvalitātes siltuma caurules ir noslēgtas un pārbaudītas, lai pārbaudītu, vai tās ir izturīgas pret pārraušanas spiedienu. Tiem ir ļoti ilgs kalpošanas laiks, taču tie var sabojāties, ja tie tiek pārdurti vai tiek darbināti, pārsniedzot Q-maksimālās robežas.

J: Vai siltuma caurules var saliekt?

Jā, taču ir nepieciešama rūpīga saliekšana, lai izvairītos no saliekumiem, kas ierobežo tvaika plūsmu. Jāievēro minimālā līkuma rādiusa vadlīnijas.

J: Kā es varu aprēķināt, cik daudz siltuma cauruļu man ir nepieciešams?

Tas ir atkarīgs no kopējās siltuma slodzes un katras caurules Q{0}}max. Sarežģītiem projektiem ir ieteicama termiskā simulācija (CFD).

J: Vai melna siltuma izlietne ir labāka?

Nē-, lai gan melnās virsmas izstaro nedaudz labāk, konvekcija ir dominējošais dzesēšanas mehānisms rievotiem radiatoriem. Krāsai ir niecīga ietekme uz veiktspēju.

J: Kāpēc neizgatavot visu radiatoru no vara?

Varš ir smags, dārgs un grūtāk apstrādājams. Vara siltuma cauruļu apvienošana ar alumīnija spurām nodrošina lielisku veiktspējas, svara un izmaksu līdzsvaru.

J: Kāda ir atšķirība starp siltuma caurulēm un tvaika kamerām?

Siltuma caurules siltumu pārnes lineāri (1D), savukārt tvaika kameras izplata siltumu pa virsmu (2D). Tvaika kameras ir labākas plānām ierīcēm ar augstu siltuma plūsmas blīvumu.

J: Vai siltuma caurules var darboties jebkurā virzienā?

Saķepinātās dakts siltuma caurules darbojas jebkurā orientācijā spēcīgu kapilāro spēku dēļ. Rievotām dakts siltuma caurulēm nepieciešama gravitācijas palīdzība.

Secinājums

Siltuma caurules radiatori ir neaizstājami mūsdienu lieljaudas{0}}elektronikā. Izmantojot phase{2}change tehnoloģiju, tie nodrošina izcilu siltuma veiktspēju kompaktos, uzticamos iepakojumos. Neatkarīgi no tā, vai jums ir nepieciešams standarta dizains vai pilnībā pielāgots risinājums, izpratne par pamatprincipiem-dakts veidiem, materiāliem, testēšanu un atlases kritērijiem- palīdzēs sasniegt optimālu dzesēšanu.

Lietojumprogrammām, kurās nepieciešami īpaši{0}}plāni profili vai ārkārtējs siltuma plūsmas blīvums,tvaika kameras dzesēšanavar būt labākā izvēle. Tomēr lielākajai daļai elektronikas dzesēšanas ierīču, kurām nepieciešama siltuma pārnešana no attāluma,siltuma caurules siltuma izlietnesjoprojām ir izmaksu{0}}efektīvākais un uzticamākais risinājums.

PlkstAWIND, mēs specializējamies pielāgotu siltuma cauruļu siltuma izlietņu projektēšanā un ražošanā dažādiem lietojumiem, sākot no invertoriem un gaismas diodēm līdz telekomunikāciju un rūpnieciskām iekārtām. Mūsu rūpnīcā tiek izmantota uzlabota termiskā simulācija, 100% testēšana un augstas- kvalitātes materiāli, lai nodrošinātu, ka jūsu produkti paliek auksti un uzticami.

Vai esat gatavs apspriest savu projektu? Sazinieties ar mums, lai saņemtu bezmaksas termokonsultāciju vai pieprasītu piedāvājumu. Mūsu inženieri ir šeit, lai palīdzētu jums atrast perfektu dzesēšanas risinājumu.