Yüksek güç elektronikleri, sunucu CPU'larından elektrik araçlarındaki dönüştürücüler için, bu tabakadaki ısı kesicileri azaltabilecek ısı fluxes üretmek için, bu cihazlar etkili termal sınır katmanında 1000 W/cm2'yi aşabilir: ısı geçişinin büyük bir kısmını ısı transfer eden ısı geçişi için kullanılan ısı parçaları.

Heat Transfer'deki Termal Sınır Katmanının Rolü

Sıcaklık sınırı tabakası, bir sıvının farklı bir sıcaklıktaki bir yüzey üzerinde aktığı zaman formlar. Sıcaklık, sıvıya ısıdan gelen ısı geçişi anlamına gelir: kalın bir sınır tabakası kalınlığı, [veya daha fazla çalkantılı) sınır tabakası[Dönemli) ısı geçişi.

Laminar vs. Turbulent Boundary Katmans

Laminar sınır katmanında, sıvı parçacıklar düzgün, paralel tabakalarda hareket eder; ısı transferi öncelikle tabakadaki iletim ile gerçekleşir.Bu rejim nispeten düşük ısı transfer katlarını verir. aksine, bir türk sınır tabakası, kaotik eddies ile karakterize edilir ve bu taşıma ısıyı daha verimli bir şekilde karıştırır.

Sınır Katmanı Kalınlık ve Heat Transfer Co effective

Yerel ısı transfer katsayısı, [[DÜT:0)h[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜN (GÜN) GÜŞÜNÇÜK/ÇÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÇÜŞÜNÇÜŞÜNÇÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÇÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Boundary Katman Optimizasyonları için Tasarım Stratejileri

Modern ısı bataklıkları, sınır tabaka davranışını manipüle etmek için geometrik ve materyal yeniliklerin bir kombinasyonunu kullanır. Aşağıdaki stratejiler genellikle yüksek güç uygulamalarında kullanılır.

Yüzey Texture Modification

Sıcaklık lavabo yüzeyinde mikro veya nano ölçekli özellikler, yakın duvar bölgesinde karıştırılması ve karıştırmak için erken geçiş teşvik eder. Teknikler şunları içerir:

  • [FONT:0)Chemical etching veya lazer metinuring[[Döncüm: 1) 10-100 μm ile rastgele kabalık desenleri oluşturmak için.
  • [FONT:0]Dimpled yüzeyler golf-op aerodinamikte bulunanlara benzer şekilde vortices üretir, ısı transferini azaltırken sürüklenir.
  • [FONT=0]Pin fin dizileri[[Dönler: 0,5-2 mm) sınır tabakasını kıran ve uyandırmaya hazır olan turbülans oluşturma.

Araştırma:0) Bir KOBİ[DÜT:1) tarafından optimize edilmiş dimple desenler, sadece mütevazı bir basınç düşüşü cezası ile yumuşak bir yüzeye göre% 40 oranında ısı transferini artırabileceğini göstermiştir.

Fin Geometry Optimizasyonu

Fin şekli, spacing ve düzenleme doğrudan sınır tabakası gelişimini etkiler. Anahtar tasarım parametreleri şunları içerir:

  • [FONT:0]Yüksek ve kalınlık [DDÜT:1]: Taller yüzey alanını arttırır ancak temelin yakınında kalın sınır tabakalarına yol açabilir. İncener fins kesintiye uğramaz, ancak yapısal olarak kırılgan olabilir.
  • [FONT:0]Fin spacing (pitch))[Köpektif)[değiştir | kaynağı değiştir], potansiyel olarak erken sınır tabakasının birleşmesine ve ısı transferine neden oluyor.En iyi alan genellikle konbülan bir diziye karşılık gelir.
  • [FONT:0)Louvered ve dalgalanan fins[Dönetici: Otomobil radyatörlerde Ortak, bu tasarımlar sınır tabakasını periyodik olarak kestiler, sık sık sık ince tabakaların gelişimini zorlayabilirler.
  • [FONT:0]Offset striptiz fins[[Dönetici: Kompakt ısı değiştiricilerinde kullanılır, bunlar güçlü vortex baydding teşvik eden bir sürü fin segmenti oluşturur.

Finansal performans için kapsamlı bir inceleme mevcuttur:0)Adamd Corporation), zorla konveksiyon ısı lavaboları için tasarım kılavuzları sağlar.

Akış Kanal Tasarımı ve Soğutma Soğutma

Sadece paralel akışa güvenmek yerine, sınır tabaka optimizasyonu, yüksek ısı transfer katları ile akış yönlendirerek veya boş jetleri kullanarak elde edilebilir.Uzmanlık hava veya sıvı jetler için yüksek mesafeyi vurabilir, ancak çok ince stagnasyon noktası oluşturmak son derece yüksek ısı transfer katları ile müdahale etmeyi başarmalıdır ().

Yılan ve pin-fin kanal tasarımları, akışın birden fazla yöne dönüştüğü anlamına gelir, her biri sınır tabakasını bozar. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) çalışmalar 180° ile bir yılan kanalının, doğru bir eşdeğer uzunluktan% 50 daha yüksek ısı transfer katlarını elde edebileceğini göstermiştir.

Malzeme Seçimi ve Kompozit Yapılar

bakır ve alüminyum ısı batağı inşaatının iş kümeleri olsa da, gelişmiş malzemeler ek sınır tabakası avantajları sunar. Yüksek-termal-conductivity malzemeleri ısı kaynağından sıvı arayüzüne kadar iletim direnci azaltır, sınır tabakasının daha büyük bir sıcaklık farkı ile çalışmasına izin verir.

  • [FONT:0]Pyrolytic Graphicsite çarşafları[Döneticileri 1 ) 1500 W /m·K'yı aştı.
  • [FONT=0) Metal matrix kompozitler (örneğin AlSiC)), yüksek iletkenliği, uygun bir termal genişleme katsayısı ile birleştirir.
  • [FONT:0)Ek olarak bakır veya alüminyum , akış karıştırmasını ve sınır tabaka bozulmasını teşvik eden iç lattice yapıları ile.

Malzeme seçimi aynı zamanda yüzey kabalığı özelliklerini ve manufacturability'i de etkiler, her ikisi de sınır tabaka davranışını etkiler.

C ⁇ Modeling ve Simülasyon

Karmaşık ısı bataklığı geometrilerinde sınır tabaka davranışını tahmin etmek, sofistike simülasyon araçları gerektirir.ETHFLT:0)C ⁇ Akışkanlar Dinamik (CFD)) sanal prototipleme ve optimizasyon için vazgeçilmez hale gelmiştir.

RANS, LES ve DNS Yaklaşımları

Çoğu mühendislik uygulamaları için, Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) türbülans modelleri (örneğin, k- ⁇ , k- ⁇ SST) doğru ve hesaplama maliyetinin iyi bir dengesi sağlar. Bu modeller sadece en küçük ölçekler için çözer, daha doğru sınır tabaka tahminlerini ifade eder ve 10-100 × hesaplamalı maliyetle sabitlenir.

Birçok ısı bataklığı tasarımcıları şimdi ısı transferini (CHT) simülasyonları, sıvı konveksiyon ile katı iletimleri çalıştırıyor. Bu yaklaşım, ısı batağı fins ve bazdaki sıcaklık dağılımını doğru bir şekilde ele alıyor, ki bu da sınır tabaka büyümesini sıcaklık bağımlı akışkan özellikleri ile etkiler.

Fiziksel Test ile Geçerlilik

Hiçbir simülasyon deneysel doğrulama olmadan tamamlanmaktadır. Mühendisler rüzgar tüneli veya akış döngüsü kurulumlarını ısıtmalı test kuponları ile basınç düşüşü, ısı transfer katları ve termal direniş.Depresyon ve parçacık görüntü velocimetri (PIV) ayrıntılı bir sınır tabakası görselleştirme sağlar. Standart test yöntemleri şöyle özetlenir:0)IEC 60) güç elektronik soğutma için.

Yüksek Güç Elektronik Uygulamaları Uygulamaları

Sınır tabaka destekli ısı bataklıkları, geleneksel soğutma yöntemlerinin termal yüklerle hız tutamadığı yerde dağıtılır.

Data Center Server Soğutma

Modern veri merkezi CPUs ve GPUs, yüksek seviyeli bir kamera ile havadaki yüksek basınçlı fanlar kullanılarak 3-5 m / 3 inçlik boşluklar dahil edilir) doğrudan taşıyıcılarda ısıtılır.

Power Electronics ve Traction İnsiyonları

Elektrikli araçlar (EV), traksiyon dönüştürücüler, aracın radyatörü üzerindeki yükü azaltır, 2-5 kW. Sıvı-soğuk soğuk plakaların mikro kanallarla ısıtılır (200-500 μm geniş) ortaktır, ancak sınır tabaka optimizasyonu, yüksek soğuk sıcaklıklarda işlemden tasarruf sağlar, aynı akış hızında araştırmacılar tarafından son derecelendirilebilir.

Havacılık ve Uzay

Avionik sistemler hava yoğunluğu düşük olduğu yüksek irtifalarda çalışmalıdır, konvektif ısı transferini azaltır. Sınır tabaka destekli ısı yüksek fin yoğunluk (örneğin, 50+ $ per inç) ve hava pompasına enjekte etmek için çok yüksek bir hava pompasına izin verir.Bu yaklaşım aynı zamanda roket nozul ve tür bıçaklarda da kullanılır.

Elektrikli Araç Battery Termal Yönetimi

Lityum-iyon batarya paketleri, büyük hücre dizilerinde düzgün sıcaklık kontrolü gerektirir (kesinlikle 25-35 °C) bazı hibrit araçlarda bulunanlar gibi, ısı parçaları dalgalanan veya louvered fins ile birlikte, bu tür paketler boyunca havadan veya kaburgalar kadar sık sık sık sık sık sık sık sık sık sıkılır.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Her zaman yüksek güç kesintileri için zorlama, sınır tabaka yönetiminde inovasyonu sürdürüyor.

Katkı İmalatı

Isı pompasının (SLM) ve elektron kirişinin erimesi (EBM), mikro-parçalı makinelerin makro-finlerle birlikte üretmesine izin veren ısı battılarının yapımına izin verir. Örnekler ısı kaynağının kullanımını takip eden 2023 yılına kadar en az yüzey (TPMS) lattices, yüksek derecede işkenceli akış yolları ve hierarşik yapılar oluşturur.

Bio-Inspired Surfaces

Doğa, verimli ısı ve kütle transferi yüzeylerinin birçok örneği sunar. Köpekbalığı yıkamak için yıkamak, ısı transfer katını artırmak için erken sonuçlar gösteriyor; çokus yaprakları hem hava hem de su akışlarında% 20-30 oranında süperhidrofbik özellikleri gösterir.

Faz Değişimi ile entegrasyon

Geçici ısı yükleri için, PCM'nin ısı pompası veya serin akışları azalttığı zaman, PCM'nin erimesi ve katılaşması sırasında meydana gelen iki fazlı akış için sınır katmanı tasarımı ile bir araya gelir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Termal sınır tabakası, yüksek güç elektronikleri için ısı yönetimi sınırlarını zorlayan temel bir sınırlamadır.C ⁇ modelleme ve doğrulama, üretim ve biyo-tanışlı yüzeyler gibi üretilen teknikler daha büyük kazanımlara sahip olacaktır. Elektronik cihazlar enerji yoğunluklarında artış göstermeye devam ettikçe, yüksek enerji elektronik devrelerinin sınır tabakasında ısı geçişinin sınırlarını güçlendirebilir.