الشكل 1: في اتجاه عقارب الساعة من الزاوية اليمنى العليامع استمرار إلكترونيات الطاقة العالية في دفع حدود كثافة الطاقة ، يواجه مهندسو تصميم المكونات تحديات أكبر ومقاييس في اختيارهم لحلول التبريد. تتمثل إحدى طرق مواجهة هذه التحديات والمقاييس في هندسة هندسة الزعانف وكثافة الزعنفة لأجهزة نقل الحرارة مثل المبادلات الحرارية والألواح الباردة .
ستشرح هذه المقالة كيف تؤثر هندسة الزعانف وكثافة الزعنفة على أداء المبادلات الحرارية واللوحات الباردة. سيقوم بإيجاز بمراجعة بعض نظرية نقل الحرارة الأساسية ، ومقارنة أنواع مختلفة من هندسة الزعانف ودورها في تحسين الأداء ، والتركيز على تقليل المقاومة الحرارية كوسيلة لزيادة الأداء.
يتم تقديم المعادلة الأساسية التي تصف إجمالي نقل الحرارة في عملية ما:
q = u × a x lmtd (1)
أين:
| س | = | كمية الحرارة المنقولة ، BTU/HR (W) |
| ش | = | معامل نقل الحرارة الكلي ، BTU/HR -FT 2 -ºF (W/M 2 -° C) |
| أ | = | منطقة نقل الحرارة ، قدم 2 (م 2 ) |
| LMTD | = | السجل يعني الفرق في درجة الحرارة بين السوائل الواردة في مبادل حراري أو بين السطح المحلي والسائل الذي يتدفق أسفله في حالة الألواح الباردة ، بافتراض حمل حراري موزعة بالتساوي ، ºF (ºC) |
ستؤدي زيادة U أو A أو LMTD إلى المزيد من نقل الحرارة.
بالنسبة لمعظم تطبيقات المبادل الحراري وتطبيقات الألواح الباردة ، يتكون معامل نقل الحرارة الكلي بشكل أساسي من مجموعة من مصطلحات التوصيل والحمل الحراري ، حيث يميل مصطلح التوصيل إلى أن يكون أصغر بكثير من مصطلح الحمل الحراري. هذا أمر مهم لأن مصممي المكونات عادة ما يكون لديهم سيطرة ضئيلة على مواد البناء ، مما يؤثر على التوصيل ، والمبرد لاستخدامه. ومع ذلك ، فإنهم يمارسون سيطرة كبيرة على هندسة الزعنفة وكثافة الزعنفة ، مما يؤثر على الحمل الحراري.
 |
الهندسة والكثافات الزعنفة التي تخلق تدفقًا مضطربًا وتحسين الأداء تزيد أيضًا من انخفاض الضغط ، وهو أمر حاسم في معظم تطبيقات الأداء العالي. إن مزيج هندسة الزعانف الأمثل وزيادة الزعنفة هو حل وسط للأداء وانخفاض الضغط والوزن والحجم. تم توضيح مقارنة بين الأزياء على أساس الأداء ، وانخفاض الضغط ، والوزن ، والحجم بين أنواع الزعنفة الشائعة في [ تصميم المبادل الحراري المبرد بالهواء لتبريد الإلكترونيات . "
بصرف النظر عن هندسة الزعانف ، يمكن أيضًا تغيير المعلمات مثل السماكة والطول والملعب والتباعد لتحسين الأداء. عادةً ما تتراوح سماكة الزعنفة من 0.004 في (0.1 مم) إلى 0.012 في (0.3 مم) ، وتختلف الارتفاعات من 0.035 في (0.89 مم) .
في معظم تطبيقات الأداء العالي ، مصنوعة من النحاس أو الألمنيوم. ويفضل زعانف الألومنيوم في تطبيقات تبريد السائل الإلكترونية للطائرات بسبب وزنها الأخف. تُستخدم زعانف النحاس في الغالب في التطبيقات التي لا يكون فيها الوزن عاملاً مهمًا ولكن التوافق مع مواد حلقة التبريد الأخرى.
هناك العديد من الأشكال الهندسية المختلفة للزعانف المستخدمة في تطبيقات نقل الحرارة. بعض من الأكثر استخدامًا هي زعانف متماسكة ومزدوجة ومستقيمة ومتموجة. (انظر الشكل 1.)
يمكن توضيح مهمة تحسين الأداء وتقليل المقاومة الحرارية من خلال مثال نظري. النظر في عملية نقل الحرارة حيث يتم تبريد 50/50 الإيثيلين غليكول والماء (EGW) بواسطة الهواء المحيط فيمبادل حراري للوحة . يوضح الشكل 2 مسار تدفق الحرارة من خلال المبادل الحراري باستخدام تشبيه كهربائي.
الشكل 2: القياس الكهربائي لمخطط تدفق الحرارةفي هذا المثال ، تتدفق الحرارة عن طريق الحمل بين درجات الحرارة T H و T 1 ، ثم عن طريق التوصيل بين درجات الحرارة T 1 و T 2 ، وأخيراً عن طريق الحمل الحمل بين T 2 و T C. ثم فإن المقاومة الحرارية الكلية تساوي مجموع المقاومة الحرارية الثلاثة في السلسلة.
بالمقارنة ، عادةً ما يكون للوحة الباردة مبرد واحد فقط يتدفق من خلاله. ونتيجة لذلك ، تتدفق الحرارة عن طريق التوصيل من الجهاز الإلكتروني المقلوب للحرارة المثبت على اللوحة الباردة من خلال مادة الواجهة الحرارية ومواد الصفيحة الباردة. ثم تتدفق الحرارة عن طريق الحمل الحراري من السطح الداخلي لمادة مسار السائل إلى سائل التبريد.
كما هو موضح في المثال أعلاه ، إذا أردنا زيادة نقل الحرارة إلى الحد الأقصى ، فيجب علينا تقليل المقاومة الحرارية. لإنجاز هذا ، يجب علينا زيادة مناطق نقل الحرارة المقابلة أو معاملات الفيلم أو كليهما. إن زيادة مساحة نقل الحرارة سهلة نسبيًا في المفهوم ، على الرغم من أنها مقيدة في بعض الأحيان بمتطلبات التطبيق مثل الوزن والحجم وانخفاض الضغط. تتمثل إحدى الطرق الفعالة لزيادة مساحة نقل الحرارة في زيادة كثافة الزعنفة (الزعانف لكل وحدة طول). ومع ذلك ، فإن زيادة معامل الفيلم أكثر تعقيدًا ، لأن معامل الفيلم يعتمد على خصائص السائل الذي يتم النظر فيه ، وسرعة السوائل ، وهندسة الزعانف.
عند مواجهة متطلبات التطبيق الصعبة والأحيانًا المتضاربة ، بما في ذلك الأداء وانخفاض الضغط والوزن والحجم ، فإن العمل مع مورد متمرس يفهم كيفية تحسين هندسة الزعانف وكثافة الزعنفة للمبادلات الحرارية واللوحات الباردة أمر ضروري لزيادة الأداء إلى الحد الأقصى وتلبية متطلبات التطبيق.
اشترك في النشرة الإلكترونية:
الحصول على التحديثات، خصومات وعروض خاصة وجوائز كبيرة!
( 
مسح لزيارة
