אופטימיזציה של ערוץ זרימת גוף קירור מקורר נוזלי

ביצועי העברת החום של צלחת מקוררת נוזל קשורים בעיקר למקדם העברת החום ההסעה ולאחידות טמפרטורת פני השטח של מקור החום.

האם העברת החום של הצלחת המקוררת הנוזל מהירה מספיק, האם טמפרטורת פני השטח אחידה והאם יש הבדל טמפרטורה מקומי גדול הם כל האינדיקטורים לשפוט את הביצועים של לוח הקירור הנוזלי.

כפי שמוצג באיור, העיצוב של סנפירי תעלות זרימה פנימיות בפלטות מקוררות מים בשוק לא רק מגדיל את שטח המגע בין זרימת המים למשטח פיזור החום, אלא גם מגביר את מהירות הזרימה ההסעה, ובכך מגדיל את חום ההסעה. מקדם העברה והפיכתו למועיל יותר לפיזור חום.

על ידי התאמת רוחב תעלות הזרימה בתוך לוחית קירור המים, ניתן לשפר את מקדם העברת החום ההסעה. ככל שהרוחב צר יותר, כך קצב זרימת נוזל הקירור גבוה יותר, ומקדם העברת החום הטבעי בהסעה גבוה יותר. בנוסף לשינוי ישיר של רוחב התעלה, ניתן להוסיף לתעלה גם שכבות מרובות של סנפירים כדי ליצור מיקרו-ערוצים צרים יותר ולהגדיל את אזור פיזור החום.
 

שיפור האחידות של טמפרטורת פני השטח של מקור החום יכול להתחיל באופטימיזציה של עיצוב ערוץ הזרימה. כפי שמוצג באיור, לאחר אופטימיזציה של איור 1, הפרש הטמפרטורה באיור 2 ירד ב-5%, בעוד שיעילות העברת החום עלתה ב-39%. לכן, ייעול עיצוב פריסת התהליך יכול לשפר את העברת החום ולשפר את אחידות הטמפרטורה.

סימולציית פיזור חום

יוצג כל התהליך של הדמיית פיזור החום של לוחות קירור נוזלים באמצעות פלטפורמת ANSYS Workbench. להלן יסבירו את תכנון האופטימיזציה של לוחות קירור נוזלי באמצעות תוצאות הדמיה של ארבע גרסאות של לוחות קירור נוזלי A, B, C ו-D עם מבני ערוצים שונים. ראשית, אנו משווים את מפות העננים של טמפרטורת הלוח התחתונה:

מהדגם, אנו יכולים לראות שהסנפירים של לוחית הקירור הנוזלית בגרסת A רחבים יותר ולא רציפים; הסנפירים של לוחית הקירור הנוזלית בגרסת B הם צרים ולא רציפים; הרוחב של סנפירי לוחית הקירור הנוזליים בגרסת C אינו אחיד, עם קצוות רחבים ואמצע צר, וגם לא רציף; לצלחת הקירור הנוזלית בגרסת D יש רוחב צר ומתמשך.

על ידי השוואת מפת ענן הטמפרטורה לטמפרטורת הנקודה המתאימה, ניתן למצוא שהטמפרטורה של לוחית הקירור הנוזלית בגרסה הרביעית אחידה יחסית בחלק המגע של לוח ה-IGBT. למרות שההבדל אינו משמעותי, הטמפרטורה הכוללת של A ו-C עם רוחבי סנפיר רחב יותר עדיין נמוכה במעט מזו של B ו-D עם רוחבי סנפיר צרים יותר. ובסך הכל, ל-C יש את השפעת הטמפרטורה הטובה ביותר, בעוד ל-D יש טמפרטורות מקומיות גבוהות והשפעת הטמפרטורה הכללית הגרועה ביותר (מפות ענני הטמפרטורה של הצד השני של הצלחת התחתונה ושל לוח הכיסוי מציגות גם תוצאות דומות). הטמפרטורה הנראית קשורה לרוחב הסנפירים.

לאחר מכן השווה את מפת ענן המהירות בתוך ערוץ הזרימה:

ניתן לראות כי מהירות הזרימה בתעלות A ו-C עם רוחבי סנפיר רחב יותר היא בדרך כלל גבוהה מזו שבערוצים B ו-D עם רוחבי סנפיר צרים יותר. ניתן לראות שככל שהסנפירים רחבים יותר, כך מהירות הזרימה של המים מהירה יותר, ואפקט הקירור טוב יותר.

עם זאת, צריך להיות גם מקום לזרימת מים. בשל הימצאותם של עמודים בפינות תעלת הזרימה של A והרוחב האחיד של הסנפירים, מהירות הזרימה הכוללת מהירה מ-C;

עם זאת, לסנפירים D מתמשכים יש מהירות זרימה נמוכה במיוחד או אפילו עומדת באזורים מסוימים, בעוד לסנפירים לא רציפים A, B ו-C אין מצב כזה. לכן, לפי מפת ענן המהירות, ניתן לראות של-A יש השפעה טובה יותר, בעוד ל-D השפעה ירודה יותר.

התבוננו והשוו דרך דיאגרמת החתך של וקטור המהירות:

ניתן לראות שלמעט ההפסקה המקומית של D, וקטורי המהירות בתעלות הזרימה של שלושת לוחות קירור המים האחרים מאוד רציפים ונורמליים. אז התוצאה של סנפירים לא רציפים טובה יותר מזו של סנפירים רציפים.
בנוסף, ניתן להשתמש בתמונות אחרות שלאחר עיבוד כדי לצפות בכמויות פיזיות אחרות ולנתח אותן, להשוות ולייעל אותן, מה שלא יתואר יותר כאן. בהתבסס על שלושת הניתוחים לעיל, ניתן לראות כי A ו-C טובים יחסית, אך יש צורך לבצע התאמות נוספות בהתחשב במצב העיבוד ובעלות בפועל.

סיכום
דוגמה זו מנצלת בעיקר את ההבדלים ברוחב ובצורה של הסנפירים לצורך אופטימיזציה, וכמובן, ניתן לשנות גם את הרוחב והצורה של תעלת הזרימה ועיצובים אחרים לצורך אופטימיזציה, מה שמביא באופן טבעי לתוצאות שונות. עם זאת, ללא קשר לתכנון, יש לקחת בחשבון גם את ההשפעה של הליכי העיבוד והעלויות.

תגיות פופולריות: אופטימיזציה של ערוץ זרימת גוף קירור מקורר נוזלי, סין, ספקים, יצרנים, מפעל, מדגם מותאם אישית, חינם, תוצרת סין