كيفية تصميم المشتت الحراري المسطح

المشتت الحراري هو مكون يقوم بتوصيل الحرارة من مكون ساخن إلى مساحة سطح أكبر من أجل تبديد الحرارة في البيئة المحيطة، وبالتالي تقليل درجة حرارة المكون.وفقًا لهذا التعريف، يمكن استخدام كل شيء بدءًا من الصفائح المعدنية المستطيلة وحتى زعانف بثق النحاس أو الألومنيوم المعقدة كمشتتات حرارية.يمكن استخدام ألواح الألمنيوم أو النحاس بالوعة الحرارة الفعالة عندما تكون المساحة كافية و/أو يكون خرج حرارة المكون منخفضًا.كما هو موضح في الشكل 1، يمكن أن يكون الرادياتير عبارة عن لوحة مسطحة بسيطة أو جدار معدني لعنصر السكن.

الشكل 1. أبعاد المبرد المسطحة

لتقدير حجم المبرد المسطح، من الضروري تحديد مسار تدفق الحرارة إلى البيئة المحيطة ومقدار مقاومة ذلك المسار لتدفق الحرارة.سيتم استخدام دائرة المقاومة الحرارية الموضحة في الشكل 2 لتمثيل مسار تدفق الحرارة.دعونا نفحص كل عنصر من عناصر المقاومة الحرارية:

الشكل 2. دائرة المقاومة الحرارية للمشتت الحراري المسطح

المقاومة الحرارية من التقاطع إلى السكن:

المقاومة الحرارية من العقدة إلى السكن (Rال-JC) يشير إلى المقاومة الحرارية من جزء العمل لجهاز أشباه الموصلات إلى السطح الخارجي للحزمة (المبيت) الذي سيتم تركيب المشتت الحراري عليه.تعتبر درجة حرارة السكن درجة حرارة ثابتة في جميع أنحاء السطح الملحق.رال-JC عادةً ما تكون قيمة القياس المقدمة من قبل الشركة المصنعة للجهاز والمشار إليها في ورقة بيانات الجهاز.

مقاومة الاتصال الحراري ومقاومة الواجهة الحرارية:

الاتصال المقاومة الحرارية (Rتابع) يشير إلى المقاومة الحرارية بين السكن والمشتت الحراري.كما هو موضح في الشكل 3، تكون منطقة التلامس الفعلية أصغر من منطقة التلامس الظاهرة بسبب عيوب في سطح المبيت والرادياتير.تم اقتراح نموذج رياضي يعتمد على ضغط التلامس وخشونة سطح المادة وصلابة المادة لحساب Rتابع.يمكن أن تكون هذه النماذج معقدة للغاية، وقد يكون من الصعب الحصول على معلومات حول سطح المادة وصلابتها.عادة، رتابع يتم تحديده على أساس البيانات التجريبية والخبرة السابقة.

الشكل 3. المقاومة الحرارية من جهات الاتصال والواجهات والوصلات إلى الحالة

للحد من تأثير Rتابع مادة الواجهة، استخدمنا مادة تملأ الفجوة بين السكن والرادياتير.وتشمل أنواع هذه المواد الشحوم الحرارية الخاصة، ومركبات الحشو، والوسادات الحرارية المتغيرة الطور، والشريط الحراري.تتراوح الموصلية الحرارية لهذه المواد عادة بين 0.5 وات/م ك و 4 وات/م ك.نظرًا لأن الفجوة بين سطحي التزاوج يتم ملؤها بمادة السطح البيني الحراري، فإن المقاومة الحرارية بين الغلاف والمشتت الحراري هي دالة للسمك والتوصيل الحراري ومساحة سطح مادة السطح البيني الحراري، كما هو موضح في الصيغة 1:

t: سمك مادة الواجهة الحرارية

ك: التوصيل الحراري لمواد الواجهة الحرارية

ج: منطقة اتصال واضحة

يرجى ملاحظة أن التوصيل الحراري للعديد من مواد الواجهة الحرارية يختلف باختلاف ضغط التثبيت.عادة ما يقدم المصنعون هذه البيانات في ورقة مواصفات المنتج.

المقاومة الحرارية للانتشار:

مقاومة الانتشار الحراري (Rsp) هو نتيجة لتدفق الحرارة من خلال التوصيل بين منطقة تلامس القشرة على سطح اللوحة ومساحة سطح التبريد الأكبر للوحة.لي وآخرون.[1] أنشأت معادلة مغلقة لـ Rsp.توفر هذه المعادلات تقديرات تقريبية جدًا للحلول الدقيقة، ولكن لن يتم مناقشتها هنا بسبب تعقيد الحسابات المطلوبة.

الخطوة الأولى في استخدام معادلة لي هي تحويل أبعاد السطحين المستطيلين المتفاعلين إلى أنصاف أقطار مكافئة باستخدام المعادلتين 2 و3.

Rsp ويمكن بعد ذلك حسابها باستخدام الصيغة التالية:

هنا:

hتأثير: معامل الحمل الحراري الفعال للوحة

انظر المعادلة 18 لحساب حتأثير.

kp: التوصيل الحراري للوحة

المقاومة الحرارية الحمل:

المقاومة الحرارية للحمل الحراري هي الدرجة التي يتم بها إزالة الحرارة من سطح اللوحة عن طريق حركة الهواء.بالنسبة للوحة العمودية المسخنة ذات الحمل الحراري الطبيعي، فإن رقم نسلت بدون أبعاد (Nu) [2] مشتق من المعادلة 11. رقم نسلت هو متغير بدون أبعاد يستخدم في حسابات الحمل الحراري.

هنا:

يتم حساب متوسط ​​معامل الحمل الحراري بالمعادلة 14. المقاومة الحرارية للحمل الحراري Rالإحالة الناجحة دالة على مساحة سطح اللوحة Ap ومتوسط ​​معامل الحمل الحراري، المحسوب بالمعادلة 15. لاحظ أن مساحة سطح اللوحة لا تشمل المساحة الناتجة عن سمك اللوحة، لأن هذا أصغر بكثير من مساحة السطح الأمامي والخلفي.

هنا:

kهواء : التوصيل الحراري للهواء تم تقييمه عند Tمتوسط

المقاومة الحرارية للإشعاع:

المقاومة الحرارية بسبب الإشعاع تعطى بالمعادلة 16.

هنا:

من المفترض أن تشع اللوحة الحرارة إلى السطح الأكبر المحيط بها، لذلك يمكن اعتبار البيئة المحيطة بمثابة مشعاع مثالي أو جسم أسود.في بعض الحالات، قد تختلف درجة حرارة السطح المحيط عن درجة حرارة الهواء المحيط.في هذه الحالة، Tأمب في الصيغة 15 يجب استبداله بدرجة حرارة السطح المحيط.

معامل الحمل الحراري الفعال حتأثير، والذي يستخدم لحساب مقاومة الانتشار الحراري، مشتق من المعادلة 18.

قيم رراد، رالإحالة الناجحة، و رsp لا يمكن حلها مباشرة لأنها دالة لدرجة حرارة سطح اللوحة Ts.على افتراض أن كل الحرارة المتولدة من مصدر الحرارة تتبدد بواسطة المبرد المسطح، فإن معادلة توازن الطاقة هي المعادلة 19.

هنا:

س: الحرارة الناتجة عن مصدر الحرارة

Ts يمكن حسابها باستخدام الحلول الرقمية في معظم برامج الرياضيات أو وظيفة 'Target Search' في Excel.

عندما تكون جميع المقاومات الحرارية معروفة، يمكن تبسيط الدائرة الحرارية الموضحة في الشكل 2 إلى مقاومة حرارية واحدة للوصلة إلى البيئة المحيطة Rجا باستخدام المعادلة 20.

وأخيرا، يمكن العثور على درجة حرارة الوصلة أو مصدر الحرارة باستخدام المعادلة 21.

لبالوعات الحرارة المتنوعة، وينشير الحرارية تتمتع شركة Energy بقدرات تخصيص احترافية وأسواق تطبيقات متنوعة، ويمكنها تخصيص منتجات التبريد لأنظمة مختلفة للعملاء.في غضون ذلك، سنأخذ العديد من العوامل في الاعتبار عند تصميم الرادياتير ونستمر في تحسين تصميم الرادياتير وتحسينه.إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى حول المشتتات الحرارية أو كنت بحاجة إلى حل تبريد مناسب لشركتك، فلا تتردد في ترك تعليق أو الاتصال بـ Winshare عبر البريد الإلكتروني.