Učinkovitost prenosa toplote tekočinsko hlajene plošče je v glavnem povezana s konvektivnim koeficientom prenosa toplote in enakomernostjo površinske temperature vira toplote.
Ali je prenos toplote s tekočinsko hlajeno ploščo dovolj hiter, ali je površinska temperatura enakomerna in ali obstaja velika lokalna temperaturna razlika, so vsi kazalniki za presojo delovanja tekočinsko hlajene plošče.
Kot je prikazano na sliki, zasnova reber notranjega pretočnega kanala v vodno hlajenih ploščah na trgu ne samo poveča kontaktno površino med pretokom vode in površino za odvajanje toplote, temveč tudi poveča hitrost konvektivnega toka, s čimer se poveča konvekcijska toplota koeficienta prenosa in zaradi česar je bolj ugoden za odvajanje toplote.
S prilagoditvijo širine pretočnih kanalov znotraj vodno hladilne plošče je mogoče povečati konvekcijski koeficient prenosa toplote. Čim ožja je širina, tem večji je pretok hladilne tekočine in večji je koeficient naravnega konvekcijskega prenosa toplote. Poleg neposrednega spreminjanja širine kanala je mogoče v kanal dodati tudi več plasti reber, da se oblikujejo ožji mikrokanali in poveča območje odvajanja toplote.
Izboljšanje enakomernosti površinske temperature vira toplote se lahko začne z optimizacijo načrta pretočnega kanala. Kot je prikazano na sliki, se je po optimizaciji slike 1 temperaturna razlika na sliki 2 zmanjšala za 5%, medtem ko se je učinkovitost prenosa toplote povečala za 39%. Zato lahko optimizacija zasnove postavitve procesa poveča prenos toplote in izboljša enakomernost temperature.
Simulacija odvajanja toplote
Predstavljen bo celoten proces simulacije odvajanja toplote plošč za tekoče hlajenje z uporabo platforme ANSYS Workbench. V nadaljevanju bo razložena optimizacijska zasnova plošč za hlajenje s tekočino prek rezultatov simulacije štirih različic plošč za hlajenje s tekočino A, B, C in D z različnimi strukturami kanalov. Najprej primerjamo zemljevide temperaturnih oblakov spodnje plošče:
Iz modela lahko vidimo, da so rebra tekoče hladilne plošče različice A širša in nekontinuirana; Rebra tekoče hladilne plošče različice B so ozka in prekinjena; Širina reber plošče za tekoče hlajenje različice C je neenakomerna, s širokimi konci in ozko sredino ter tudi prekinjena; Plošča za tekoče hlajenje različice D ima ozko in neprekinjeno širino.
S primerjavo zemljevida temperaturnega oblaka z ustrezno temperaturo točke je mogoče ugotoviti, da je temperatura plošče za tekoče hlajenje četrte različice razmeroma enakomerna na kontaktnem delu plošče IGBT. Čeprav razlika ni bistvena, je skupna temperatura A in C s širšimi širinami reber še vedno nekoliko nižja od temperature B in D z ožjimi širinami reber. In na splošno ima C najboljši temperaturni učinek, medtem ko ima D visoke lokalne temperature in najslabši splošni temperaturni učinek (karte temperaturnega oblaka na drugi strani spodnje plošče in krovne plošče prav tako kažejo podobne rezultate). Vidna temperatura je povezana s širino plavuti.
Nato primerjajte zemljevid oblaka hitrosti znotraj pretočnega kanala:
Vidimo lahko, da je hitrost pretoka v kanalih A in C s širšimi širinami reber na splošno večja kot v kanalih B in D z ožjimi širinami reber. Vidimo lahko, da širša kot so rebra, hitrejša je hitrost pretoka vode in boljši je učinek hlajenja.
Vendar mora biti tudi nekaj prostora za pretok vode. Zaradi prisotnosti stebrov na vogalih pretočnega kanala A in enakomerne širine reber je skupna hitrost pretoka večja od C;
Vendar imajo neprekinjena rebra D izjemno nizko ali celo stagnirajočo hitrost pretoka na nekaterih območjih, medtem ko prekinjena rebra A, B in C nimajo takega položaja. Zato je glede na zemljevid oblaka hitrosti razvidno, da ima A boljši učinek, D pa slabši učinek.
Opazujte in primerjajte skozi prečni diagram vektorja hitrosti:
Vidimo lahko, da so vektorji hitrosti v pretočnih kanalih drugih treh plošč za vodno hlajenje, razen lokalne prekinitve D, zelo zvezni in normalni. Tako je rezultat prekinjenih plavuti boljši od rezultata neprekinjenih plavuti.
Poleg tega je mogoče druge slike po obdelavi uporabiti za opazovanje drugih fizikalnih količin ter njihovo analizo, primerjavo in optimizacijo, kar tukaj ne bo nadalje opisano. Na podlagi zgornjih treh analiz je razvidno, da sta A in C razmeroma dobra, vendar so potrebne dodatne prilagoditve glede na dejansko stanje obdelave in stroške.
Povzetek
Ta primer za optimizacijo uporablja predvsem razlike v širini in obliki reber, seveda pa je mogoče za optimizacijo spremeniti tudi širino in obliko pretočnega kanala ter druge oblike, kar seveda povzroči drugačne rezultate. Ne glede na zasnovo pa je treba upoštevati tudi vpliv postopkov in stroškov obdelave.
Priljubljena oznake: optimizacija tekočinsko hlajenega pretočnega kanala hladilnega telesa, Kitajska, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, po meri, brezplačen vzorec, izdelano na Kitajskem
