O sistema de resfriamento líquido inteiro inclui componentes como placas de resfriamento líquido, meios de resfriamento líquido, bombas, tubos de água e radiadores. Em termos gerais, as propriedades termofísicas dos fluidos de trabalho resfriados a líquido comumente usados são mostradas na tabela a seguir:
Da tabela acima, pode-se ver que a seleção do meio de resfriamento líquido tem um impacto fixo na eficiência de dissipação de calor de todo o sistema. Sem alterar outras condições, a prioridade deve ser dada aos meios que atendem aos requisitos ambientais (altitude, temperatura ambiente, etc.) e têm baixo custo. No entanto, a placa de resfriamento líquido também é uma parte importante do sistema de dissipação de calor de resfriamento líquido, que é o componente de troca de calor do sistema de resfriamento líquido. Ela tem uma estrutura de ranhura de troca de calor interna, ou seja, o canal de fluxo. As diferenças no design do canal de fluxo interno têm um impacto significativo na eficiência de transferência de calor de todo o sistema, e há variáveis significativas envolvidas. Portanto, não discutiremos o meio de resfriamento líquido. Vamos tomar água pura como exemplo para analisar as ideias de design e otimização do canal de fluxo da placa de resfriamento líquido.
No projeto estrutural de placas de resfriamento líquido, os seguintes pontos precisam ser considerados:
Requisitos de desempenho de transferência de calor: Sob a configuração da taxa de fluxo e da diferença de temperatura da água de entrada e saída, atingir a meta de aumento de temperatura da fonte de calor, bem como a meta de resistência térmica do radiador e os requisitos para seu desempenho de transferência de calor; Força e
Requisitos de pressão: Alguns projetos podem exigir instruções especiais sobre a pressão superficial e a situação geral de tensão da placa fria líquida devido ao ambiente de uso e aos requisitos de instalação dentro do sistema.
Requisitos anticorrosivos: O fluxo prolongado do fluido refrigerante no canal será afetado pela alta temperatura, o que agravará os danos aos materiais metálicos, podendo até causar bloqueios, e afetará a eficiência da dissipação de calor;
Requisitos de prevenção de vazamentos: O projeto da placa de cobertura, das faces das extremidades superior e inferior, das tiras de vedação e até mesmo os métodos de soldagem por fricção ou brasagem podem garantir medidas de prevenção de vazamentos; Requisitos de baixo custo: Reduzir os custos causados pela pressão da bomba, horas de trabalho, etc., considerando a viabilidade de produção e processamento, a seleção de materiais, a complexidade do processo, a resistência ao fluxo, a resistência térmica, etc. Para atender aos requisitos acima, é necessário considerar aspectos abrangentes do projeto, como materiais, projeto estrutural, métodos de fabricação e outros.
O material da placa de resfriamento líquido afeta o desempenho da transferência de calor entre o curso d'água e a água de resfriamento. Usar materiais com alta condutividade térmica para fazer a placa de resfriamento líquido pode efetivamente reduzir a resistência térmica geral do sistema. As propriedades comuns do material representadas por alumínio e cobre são mostradas na tabela abaixo:
A liga de alumínio, o material de dissipação de calor mais utilizado, apresenta vantagens como alta condutividade térmica, baixa densidade, bom desempenho de processamento, boa resistência à corrosão e boas propriedades físico-mecânicas. O processo anticorrosivo de perfis de alumínio é consolidado, o que garante o uso confiável a longo prazo de placas refrigeradas a água. Os materiais utilizados para dissipadores de calor de alumínio em produtos eletrônicos são das séries 50 e 60, como AL50, AL5160, AL60 e AL63, que possuem boa condutividade térmica, resistência à corrosão e bom desempenho de processamento. São adequados para anodização e usinagem CNC de canais de fluxo complexos.
A pesquisa aqui se concentra nas ideias e métodos para projetar e otimizar os canais de fluxo de placas resfriadas a água sob a premissa de determinar a taxa de fluxo de água e os requisitos básicos de queda de pressão. Os estilos básicos de canais de fluxo de placas frias líquidas são divididos principalmente em planos, em forma de W, circulares, cilíndricos, hidrovias em espiral de Arquimedes, etc. Abaixo estão breves explicações de acordo com o diagrama.
Uma placa de resfriamento líquido com um canal de fluxo planar possui diversas características importantes. Ela oferece um caminho de fluxo suave e consistente. O design permite uma transferência de calor eficiente devido ao bom contato com o fluido refrigerante. Geralmente, sua estrutura é simples, facilitando a fabricação, e pode proporcionar resfriamento confiável em diversas aplicações. Como mostrado na figura acima, a entrada e a saída possuem uma estrutura simples em ambos os lados.
A placa fria líquida, com um canal de fluxo em forma de W- S , apresenta diversas vantagens no resfriamento de fluidos. Estruturalmente, o canal de fluxo em forma de W aumenta a área de contato entre o fluido e a placa fria, além de ampliar o percurso do fluido. Isso permite uma absorção de calor mais completa e melhora a eficiência da troca térmica. Em termos de fluxo de fluido, essa configuração permite que o fluido forme um estado de fluxo mais complexo, reduzindo o fluxo laminar, aumentando a turbulência e tornando a transferência de calor mais uniforme e rápida. Esse design pode reduzir efetivamente o risco de superaquecimento localizado e tornar todo o sistema de resfriamento mais estável, sendo adequado para cenários com altas exigências de dissipação de calor.
O canal de fluxo anular da placa fria líquida apresenta diversas vantagens. Primeiramente, a estrutura anular permite a circulação do fluido refrigerante, formando um circuito de resfriamento estável e contínuo, garantindo a remoção uniforme do calor. Essa transferência de calor uniforme previne o superaquecimento localizado e protege os componentes eletrônicos e outros equipamentos em contato com a placa. Além disso, o canal de fluxo anular torna o fluxo do fluido refrigerante mais regular, reduzindo os fatores de instabilidade causados pela turbulência e diminuindo a resistência do fluido, tornando o processo de resfriamento mais eficiente. Ao mesmo tempo, o projeto do canal de fluxo anular é relativamente simples, o que facilita o processamento e a fabricação, resultando em um custo menor.
A placa de resfriamento líquido adota as características de um canal de fluxo em espiral de Arquimedes , que dissipa o calor de forma eficiente. O formato espiral alonga o percurso do líquido refrigerante no canal e aumenta a área de contato, permitindo a absorção completa do calor, uma troca térmica eficiente e a redução efetiva da temperatura. Em termos de mecânica dos fluidos, ela guia o fluxo do fluido refrigerante de forma suave, reduzindo a turbulência e as flutuações de velocidade local, diminuindo, assim, o ruído e a perda de pressão.
Por meio de várias combinações, muitos efeitos inesperados podem ser alcançados. Nossos engenheiros compilarão a análise térmica desses canais para nossa referência no futuro. Para o design desses canais, eles também são vários designs típicos de canais resfriados a água. Vamos dar uma olhada nas ideias de design de otimização para eles.
Adição de circuitos: Após o planejamento preliminar do projeto do canal de fluxo de líquido, a simulação numérica revelou que a eficiência de dissipação de calor não atendia aos requisitos e a resistência térmica era alta. Nesse caso, pode-se considerar a adição de circuitos, como a mudança de um único circuito para um circuito duplo, ou até mesmo mais, para melhorar a transferência de calor;
Aumento da área de dissipação de calor: Se o espaço estrutural interno permitir, nervuras cilíndricas ou quadradas podem ser adicionadas adequadamente dentro do canal de fluxo para otimização, de forma escalonada ou sequencial;
Otimizar a velocidade do fluxo interno de água: Quando a área da seção transversal da entrada é constante, quanto maior a área da seção transversal do canal de fluxo de água interno, menor sua velocidade, o que não é propício para transferência rápida de calor. Claro, não é suficiente simplesmente reduzir a área da seção transversal para promover a velocidade do fluxo, pois isso levará ao aumento da resistência ao fluxo;
Área de resfriamento de água balanceada: Tente cobrir uniformemente a superfície de contato da fonte de calor com o canal de fluxo. Em casos especiais onde a área e o espaço são pequenos, o curso de água em espiral de Arquimedes é uma boa escolha; Evitando curtos-circuitos: Quando a entrada e a saída estão muito próximas, a estrutura nervurada do projeto do canal de água é frequentemente usada para estender o canal de água e distribuí-lo diretamente abaixo da fonte de calor, evitando o fluxo direto de água da entrada para a saída;
Evite fluxo excessivo de água: Em situações em que a distribuição de fontes de calor é relativamente especial, como camadas verticais, o conceito geral de design pode ser um canal de fluxo, de baixo para cima ou de cima para baixo, mas pode causar um aumento na diferença de temperatura entre as extremidades traseira e frontal. Nesse caso, o resfriamento separado por camadas pode ser considerado;
Tente minimizar as curvas e ter transições suaves: curvas aumentam a perda de carga e aumentam a resistência do fluxo interno. Se for inevitável, tente ter transições suaves em curvas para aumentar a dissipação de calor e reduzir a queda de pressão.
Claro, ao conduzir o projeto de otimização acima, é necessário confirmar simultaneamente se a resistência ao fluxo interno, resistência térmica, resistência estrutural (pressão de superfície, etc.) do sistema atendem aos requisitos e limitações reais do projeto, ao mesmo tempo em que considera a viabilidade de produção e processamento tanto quanto possível, bem como o custo. Com base no projeto original, assumindo que a hidrovia é otimizada aumentando a área de dissipação de calor interna, reduzindo a área da seção transversal e aumentando o circuito, os resultados teóricos são calculados separadamente; Com base nos resultados da análise, estabeleça vários modelos de projeto de hidrovia e conduza a simulação no ambiente necessário. Compare e analise os resultados da simulação, estabeleça modelos e testes experimentais e verifique os resultados da análise de hipóteses e simulação numérica. Qualquer projeto de otimização pode ser contatado por nossos engenheiros na KENFA TECH.
