L'ensemble du système de refroidissement liquide comprend des composants tels que des plaques de refroidissement liquide, des fluides de refroidissement liquide, des pompes, des conduites d'eau et des radiateurs. De manière générale, les propriétés thermophysiques des fluides de travail refroidis par liquide couramment utilisés sont présentées dans le tableau suivant :
Le tableau ci-dessus montre que le choix du fluide de refroidissement liquide a un impact fixe sur l'efficacité de la dissipation thermique de l'ensemble du système. Sans modifier les autres conditions, la priorité doit être donnée aux fluides qui répondent aux exigences environnementales (altitude, température ambiante, etc.) et qui ont un faible coût. Cependant, la plaque de refroidissement liquide est également un élément important du système de dissipation thermique du refroidissement liquide, qui est le composant d'échange thermique du système de refroidissement liquide. Il possède une structure de rainure d'échange thermique interne, à savoir le canal d'écoulement. Les différences dans la conception du canal d'écoulement interne ont un impact significatif sur l'efficacité du transfert thermique de l'ensemble du système, et des variables importantes sont impliquées. Par conséquent, nous ne discuterons pas du fluide de refroidissement liquide. Prenons l'eau pure comme exemple pour analyser les idées de conception et d'optimisation du canal d'écoulement de la plaque de refroidissement liquide.
Lors de la conception structurelle des plaques de refroidissement liquide, les points suivants doivent être pris en compte :
Exigences de performance en matière de transfert de chaleur : Sous le réglage du débit et de la différence de température de l'eau d'entrée et de sortie, atteindre l'objectif d'élévation de température de la source de chaleur, ainsi que l'objectif de résistance thermique du radiateur et les exigences de ses performances de transfert de chaleur ; Résistance et
Exigences de pression : Certains projets peuvent nécessiter des instructions particulières concernant la pression de surface et les contraintes globales de la plaque froide liquide, en raison de l’environnement d’utilisation et des exigences d’installation à l’intérieur du système.
Exigences anticorrosion : La circulation à long terme du fluide de refroidissement liquide dans le canal sera affectée par une température élevée, ce qui aggravera les dommages aux matériaux métalliques, voire provoquera un blocage, et affectera l'efficacité de la dissipation de la chaleur ;
Exigences en matière de prévention des fuites : La conception de la plaque de recouvrement, des faces d’extrémité supérieure et inférieure, des joints d’étanchéité, et même les méthodes de soudage par friction-malaxage ou brasage, permettent de prévenir les fuites. Exigences en matière de réduction des coûts : Réduire les coûts liés à la pression de la pompe, aux heures de fonctionnement, etc., en tenant compte de la faisabilité de la production et du traitement, du choix des matériaux, de la complexité du processus, de la résistance à l’écoulement, de la résistance thermique, etc. Pour répondre à ces exigences, une conception globale doit être prise en compte, notamment en ce qui concerne les matériaux, la conception structurelle, les méthodes de fabrication et d’autres aspects.
Le matériau de la plaque de refroidissement liquide affecte les performances de transfert de chaleur entre le circuit d'eau et l'eau de refroidissement. L'utilisation de matériaux à haute conductivité thermique pour fabriquer la plaque de refroidissement liquide peut réduire efficacement la résistance thermique globale du système. Les propriétés matérielles communes représentées par l'aluminium et le cuivre sont présentées dans le tableau ci-dessous :
L'alliage d'aluminium, matériau de dissipation thermique le plus couramment utilisé, présente des avantages tels qu'une conductivité thermique élevée, une faible densité, une bonne usinabilité, une excellente résistance à la corrosion et de bonnes propriétés physico-mécaniques. Le traitement anticorrosion des profilés en aluminium est bien maîtrisé, garantissant ainsi une utilisation fiable et durable des plaques refroidies par eau. Les matériaux utilisés pour les dissipateurs thermiques en aluminium dans les produits électroniques appartiennent aux séries 50 et 60, comme l'AL5051606016063, qui offrent une bonne conductivité thermique, une bonne résistance à la corrosion et une bonne usinabilité. Ils sont adaptés à l'anodisation et à l'usinage CNC de canaux d'écoulement complexes.
La recherche ici se concentre sur les idées et les méthodes de conception et d'optimisation des canaux d'écoulement des plaques refroidies par eau dans le but de déterminer le débit d'eau et les exigences de base en matière de perte de charge. Les styles de base des canaux d'écoulement des plaques froides liquides sont principalement divisés en voies d'eau plates, en forme de W, circulaires, cylindriques, en spirale d'Archimède, etc. Vous trouverez ci-dessous de brèves explications selon le diagramme.
Une plaque de refroidissement liquide à canal d'écoulement plan présente plusieurs avantages clés. Elle offre un flux régulier et constant. Sa conception assure un transfert de chaleur efficace grâce à un contact optimal avec le fluide caloporteur. Souvent de structure simple, elle facilite sa fabrication et garantit un refroidissement fiable dans diverses applications. Comme illustré ci-dessus, l'entrée et la sortie présentent une structure simple de part et d'autre.
La plaque froide à liquide, dotée d'un canal d'écoulement en forme de W- S , présente de nombreux avantages pour le refroidissement des fluides. Sur le plan structurel, ce canal augmente la surface de contact entre le fluide et la plaque froide et prolonge le trajet d'écoulement. Ceci permet une absorption thermique plus complète et améliore l'efficacité de l'échange de chaleur. Concernant l'écoulement du fluide, il favorise un régime plus complexe, réduit le flux laminaire, renforce la turbulence et rend le transfert de chaleur plus uniforme et rapide. Cette conception permet de réduire efficacement le risque de surchauffe locale et d'assurer un fonctionnement plus stable de l'ensemble du système de refroidissement, ce qui la rend particulièrement adaptée aux applications exigeant une dissipation thermique importante.
Le canal annulaire de la plaque froide liquide présente plusieurs avantages. Premièrement, sa structure annulaire permet la circulation du fluide de refroidissement, formant un circuit de refroidissement stable et continu et assurant une dissipation thermique homogène. Ce transfert de chaleur uniforme prévient la surchauffe locale et protège les composants électroniques et autres équipements en contact avec le fluide. De plus, le canal annulaire régularise l'écoulement du fluide, réduisant ainsi les perturbations dues aux turbulences et la résistance à l'écoulement, pour un refroidissement plus efficace. Enfin, sa conception relativement simple facilite la fabrication et permet de réduire les coûts.
La plaque de refroidissement liquide exploite les caractéristiques d' un canal d'écoulement en spirale d'Archimède , ce qui permet une dissipation thermique efficace. La forme en spirale allonge le trajet du liquide de refroidissement dans le canal et augmente la surface de contact, optimisant ainsi l'absorption de la chaleur, l'échange thermique et la réduction de la température. Du point de vue de la mécanique des fluides, elle assure un écoulement régulier du fluide de refroidissement, réduisant les turbulences et les fluctuations locales de vitesse, et par conséquent le bruit et les pertes de charge.
Grâce à diverses combinaisons, de nombreux effets inattendus peuvent être obtenus. Nos ingénieurs compileront l'analyse thermique de ces canaux pour notre référence future. Pour la conception de ces canaux, il existe également plusieurs conceptions de canaux refroidis par eau typiques. Jetons un œil aux idées de conception d'optimisation pour eux.
Ajout de circuits : Après une planification préliminaire de la conception du canal d’écoulement du liquide, la simulation numérique a révélé que l’efficacité de dissipation thermique était insuffisante et que la résistance thermique était élevée. Dans ce cas, l’ajout de circuits peut être envisagé, par exemple en passant d’un cycle simple à un cycle double, voire plus, afin d’améliorer le transfert de chaleur.
Augmentation de la surface de dissipation de chaleur : si l’espace structurel interne le permet, des nervures cylindriques ou carrées peuvent être ajoutées de manière appropriée à l’intérieur du canal d’écoulement pour une optimisation de manière décalée ou séquentielle ;
Optimiser la vitesse d'écoulement de l'eau interne : Lorsque la section transversale de l'entrée est constante, plus la section transversale du canal d'écoulement interne de l'eau est grande, plus sa vitesse est faible, ce qui n'est pas propice à un transfert de chaleur rapide. Bien entendu, il ne suffit pas de réduire simplement la section transversale pour favoriser la vitesse d'écoulement, car cela entraînera une augmentation de la résistance à l'écoulement ;
Zone de refroidissement par eau équilibrée : Essayez de couvrir uniformément la surface de contact de la source de chaleur avec le canal d'écoulement. Dans les cas particuliers où la surface et l'espace sont réduits, le canal d'écoulement en spirale d'Archimède est un bon choix ; Éviter les courts-circuits : Lorsque l'entrée et la sortie sont très proches, la structure nervurée de la conception du canal d'eau est souvent utilisée pour étendre le canal d'eau et le distribuer directement sous la source de chaleur, évitant ainsi l'écoulement direct de l'eau de l'entrée vers la sortie ;
Evitez un débit d’eau excessif : Dans les situations où la distribution des sources de chaleur est relativement particulière, comme dans le cas d'une stratification verticale, le concept général de conception peut être un canal d'écoulement, de bas en haut ou de haut en bas, mais il peut entraîner une augmentation de la différence de température entre les extrémités arrière et avant. Dans ce cas, un refroidissement séparé par stratification peut être envisagé ;
Essayez de minimiser les virages et d’avoir des transitions en douceur : Les coudes augmentent les pertes de charge et renforcent la résistance à l'écoulement interne. Si cela est inévitable, essayez d'avoir des transitions douces dans les coudes pour améliorer la dissipation de chaleur et réduire la chute de pression.
Bien entendu, lors de la réalisation de la conception d'optimisation ci-dessus, il est nécessaire de confirmer simultanément si la résistance à l'écoulement interne, la résistance thermique, la résistance structurelle (pression de surface, etc.) du système répondent aux exigences et aux limites réelles du projet, tout en tenant compte autant que possible de la faisabilité de la production et du traitement, ainsi que du coût. Sur la base du projet d'origine, en supposant que la voie navigable est optimisée en augmentant la zone de dissipation thermique interne, en réduisant la section transversale et en augmentant le circuit, les résultats théoriques sont calculés séparément ; Sur la base des résultats d'analyse, établir plusieurs modèles de conception de voie navigable et effectuer une simulation dans l'environnement requis. Comparer et analyser les résultats de la simulation, établir des modèles et des tests expérimentaux et vérifier les résultats de l'analyse des hypothèses et de la simulation numérique. Toute conception d'optimisation peut être contactée par nos ingénieurs chez KENFA TECH.
