مقدمة من المشتت الحراري لأنابيب الحرارة: دليل كامل

هل تبحث عن طريقة أكثر فاعلية لتبريد مكوناتك الإلكترونية؟

إذا كان الأمر كذلك ، فقد ترغب في التفكير في استخدام المشتت الحراري لأنبوب الحرارة.كانت تقنية الأنابيب الحرارية موجودة منذ عقود ، ولا تزال واحدة من أكثر الطرق فعالية لتبديد الحرارة.

ستناقش هذه المقالة ماهية أنبوب الحرارة وكيف يعمل.بالإضافة إلى ذلك ، سنناقش بعض فوائد استخدام أنابيب الحرارة كمشتتات للحرارة.تابع القراءة لمعرفة المزيد!

ما هو أنبوب الحرارة بالوعة الحرارة؟

أحواض حرارة أنبوب الحرارة مصنوعة من أنبوب معدني مختوم مملوء بسائل.

يقع الجزء المولّد للحرارة من الجهاز (على سبيل المثال ، أشباه الموصلات) في منتصف أحد الطرفين وينتج الحرارة.

تنتقل الحرارة إلى السائل الموجود في الأنبوب ، والذي ينتقل إلى الطرف الآخر من الأنبوب.

توفر مروحة في هذا الطرف من الأنبوب تدفقًا للهواء عبرها ، مما يدفع حرارة السائل إلى الغلاف الجوي المحيط.

ما هي الحرارة يضخ؟

أنبوب الحرارة هو جهاز لنقل الحرارة.يتم تغليف الأنبوب المعدني المختوم المحتوي على سائل في مادة عازلة بحيث يتعرض أحد طرفيه للجو والآخر مغمور في سائل حتى يتبخر الجزء الداخلي منه دون أن يغلي.

يتكثف هذا البخار مرة أخرى على جدران الأنبوب بالقرب من مكان دخوله أثناء انتقاله عبر الأنبوب.

تبرد العملية عن طريق استخلاص حرارة معقولة من مناطق درجة حرارة أعلى بالقرب من أحد طرفي الأنبوب إلى مناطق قريبة من الطرف الآخر عند درجة حرارة منخفضة.

عن طريق إزالة الطاقة الكامنة حيث أن رخويات السائل التي تتحرك في الداخل قد سحبت جزيئات الغازات المحيطة بها بدلاً من مجرد إعادة معالجتها.

لذا يمكنك القول أنه إذا كانت المواد ساخنة ، فإنها تنبعث منها الطاقة ، والتي قد تشعر بأنها ساخنة.

في أنبوب شعري مغلق ، سيغلي السائل ويفشل.

ومع ذلك ، بإضافة فتحة للسماح لبعضها بالعودة إلى وضع الراحة الهادئ عند ملامستها للمعدن ، فإن لديها الوقت لإزالة الطاقة الكامنة من جزيئات الغاز التي تسحبها قبل أن تتمكن من العودة إلى حالتها الطبيعية حيث لم تعد موجودة. سحب الجزيئات الأخرى.

تحافظ أنابيب الحرارة على سائل متحرك باردًا عن طريق السماح له بالتبخر إلى غاز والتكثف مرة أخرى في سائل على الطرف الآخر ، حيث توجد بالفعل درجة حرارة منخفضة.

كيف يعمل أنبوب الحرارة؟

الأنابيب الحرارية هي ببساطة أطوال معدنية تحتوي على سائل يسخن ليتبخر إلى غاز ، ثم يتكثف مرة أخرى إلى السائل في الطرف الآخر.الشيء الرائع عنهم هو أنهم يستخدمون عملية التبخر والتكثيف هذه لنقل الحرارة.

الخصائص الفنية لأنابيب الحرارة

تشمل الخصائص التقنية لأنبوب الحرارة ما يلي:

يحتوي أنبوب الحرارة على أنبوب داخلي مغلق يحتوي على سائل عامل مختوم في النهايات ، مع تعرض كل طرف لظروف مختلفة.عادةً ما يكون الطرف الأول (المكثف) مفتوحًا للهواء الخارجي أو الغلاف الجوي ، بينما الطرف الآخر (المبخر) يبخر السائل.يمكن أيضًا توصيله بوسائل خارجية ، مثل سدادة من مادة مسامية تمنع السائل من مغادرة الأنبوب.

يؤثر طول وقطر الأنبوب الحراري بشكل كبير على أدائه (المنتج له تأثير كبير ويشتمل على العديد من المقايضات في التصميم).عادة ، يتحرك سائل العمل على طول الأنبوب عن طريق الدوران الطبيعي الناتج عن التبخر عند الطرف الساخن والتكثف عند الطرف البارد.يستخدم أنبوب الحرارة لتحريك الحرارة في اتجاه واحد فقط (أحادي الاتجاه).

قد يكون مائع العمل تقريبًا أي سائل أو بخار ، ولكن يجب أن يكون له ضغط بخار ولزوجة مناسبين.تحدد هاتان الخاصيتان ارتفاع السائل المكثف فوق المبخر ، والذي يحدد إلى جانب معدل تدفق حجم الغاز مقدار الحرارة التي يمكن نقلها خلال فترة زمنية معينة.

يجب أن يكون لسائل العمل خصائص حرارية مناسبة ، مثل السعة الحرارية النوعية العالية والحرارة الكامنة للتبخر (لإبطاء معدل تحوله من سائل إلى بخار).لتقليل التجمد ، يجب أن يحتوي السائل أيضًا على نقطة تجمد منخفضة.

هذا يجعل الأنبوب من السهل تصريف السائل (إزالة التجميد) إذا تعرض أنبوب الحرارة لدرجات حرارة أقل من درجة حرارة التشغيل.

السائل العامل الأكثر شيوعًا هو الماء ، ولكن يمكن أن يكون أيضًا الأمونيا أو الإيثانول أو الميثانول.تُستخدم الأنابيب الحرارية ذات الأقطار الكبيرة للتدفئة في المباني والعمليات الصناعية لأنها تحمل كميات أكبر من الحرارة لكل وحدة طول من الوحدات ذات القطر الأصغر.

مبدأ تبديد الحرارة للمشتت الحراري للأنابيب الحرارية

مبدأ تبديد الحرارة لأنبوب الحرارة بسيط:

يتم توصيل الطرف الساخن بمكون ينبعث منه حرارة مهدرة ، بينما يتم تبريد الطرف البارد للأنبوب عن طريق ملامسته للهواء أو السائل.

يمتص سائل العمل في الأنبوب هذه الحرارة الضائعة ويحملها بعيدًا ، ويتبخر أثناء قيامه بذلك.

تخلق عملية التبخير فرق ضغط بين طرفي الأنبوب ، مما يؤدي إلى تدفق سائل العمل على طول الأنبوب.

يتكثف سائل العمل المتبخر عند الطرف البارد ، ويطلق طاقته الكامنة ويتسبب في تكرار الدورة.

أداء تبديد الحرارة لأنبوب الحرارة بالوعة الحرارة

تحدد العوامل التالية أداء تبديد الحرارة لأنبوب الحرارة:

الموصلية الحرارية لسائل العمل: كلما زادت الموصلية الحرارية ، زادت الحرارة التي يمكن للسائل امتصاصها ونقلها.

مساحة سطح الطرف الساخن: كلما زادت مساحة السطح ، زادت الحرارة التي يمكن أن يمتصها السائل.

مساحة سطح الطرف البارد: كلما زادت مساحة السطح ، زادت الحرارة التي يمكن أن يطلقها السائل.

قطر الأنبوب: يسمح القطر الأكبر للسائل بامتصاص ونقل المزيد من الحرارة لكل وحدة طول.

مزايا نوع المشتت الحراري للأنابيب الحرارية

المزايا الرئيسية لاستخدام المشتت الحراري للأنبوب الحراري هي:

· إنها فعالة للغاية في نقل الحرارة: الموصلية الحرارية لسائل العمل عالية جدًا ، لذلك يتم امتصاص الحرارة بسرعة ونقلها إلى الطرف البارد.نتيجة لذلك ، يتم تقليل فرق درجة الحرارة بين الأطراف الساخنة والباردة ، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة لجهاز التبريد.

· فهي مدمجة وخفيفة الوزن: حجم الأنبوب الحراري الصغير والوزن المنخفض يجعل من السهل نقله وتركيبه.

· من السهل استخدامهم: ليست هناك حاجة لملئها بسائل عامل أو ضخه ميكانيكياً ؛يؤدي الدوران الطبيعي لسائل العمل المتبخر إلى تحركه على طول الأنبوب.مطلوب فقط مصدر حرارة في أحد الطرفين وحوض بارد في الطرف الآخر.

· إنها مناسبة للاستخدام مع أنواع مختلفة من مصادر الحرارة: بالإضافة إلى تطبيقها الطبيعي على تبريد الإلكترونيات ، يمكن أيضًا استخدام تقنية الأنابيب الحرارية في تسخين المباني والعمليات الصناعية.حتى أنها استخدمت في أنظمة دفع المركبات الفضائية.وذلك لأن قدرتها على نقل وتبديد الحرارة بكفاءة تسمح لها بنقل الحرارة المهدرة من أي نوع من مصادر الحرارة تقريبًا.

· يمكن استخدامها مع الأجهزة منخفضة الطاقة: مطلوب كمية صغيرة من الطاقة الكهربائية لبدء الدوران الطبيعي لسائل العمل المتبخر ، ولكن هذا أقل بكثير مما تتطلبه المضخات الميكانيكية أو المراوح لاستخدامها مع الأجهزة منخفضة الطاقة.

· لديهم درجة حرارة عمل عالية: يمكن أن يعمل أنبوب الحرارة في درجات حرارة أعلى بكثير من المناطق المحيطة به.هذا يعني أن مصدر الحرارة لا يحتاج إلى التبريد قبل دخوله في أنبوب الحرارة ، كما هو ضروري لمعظم أنواع أجهزة التبريد الأخرى.

· لديهم عمر خدمة طويل: يعمل سائل العمل المتبخر على نقل الحرارة بكفاءة ، وبالتالي فإن الجهاز يتمتع بعمر خدمة طويل.

تطبيقات المشتت الحراري لأنابيب الحرارة

1. أجهزة الكمبيوتر - تستخدم أحواض التسخين للأنابيب الحرارية بشكل شائع لتبديد الحرارة المهدرة الناتجة عن وحدة المعالجة المركزية وبطاقة الجرافيكس.

2. إلكترونيات - تُستخدم في مجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية ، بما في ذلك الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

3. مركبات - تستخدم المشتتات الحرارية للأنابيب الحرارية في المركبات المختلفة ، بما في ذلك السيارات والقطارات والطائرات.

4. البنايات - تستخدم في المباني لتطبيقات التدفئة والتبريد.

5. العمليات الصناعية - تستخدم المشتتات الحرارية للأنابيب الحرارية في العمليات الصناعية المختلفة لتبديد الحرارة الضائعة.

6. أنظمة الطاقة الشمسية - تستخدم لخفض درجة حرارة الألواح الشمسية في أنظمة الطاقة الشمسية.

7. الإتصالات - تستخدم المشتتات الحرارية للأنابيب الحرارية في أجهزة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، مثل أجهزة المودم وأجهزة التوجيه وصناديق فك التشفير.

8. ثلاجات - تستخدم أيضًا في بعض أنواع وحدات التبريد التي لا تتطلب سوى كمية صغيرة من التبريد.

9. البحرية - تستخدم المشتتات الحرارية للأنابيب الحرارية في التطبيقات البحرية ، وخاصة للمحركات والمولدات.

10. تطبيقات أخرى - بعض الأنواع الأخرى من التطبيقات التي تتطلب إزالة أو نقل كميات كبيرة من الحرارة المهدرة بأقل قدر من الصيانة أو ضوضاء المروحة.