Войти
Радиатор с прямыми ребрами 60 × 60 × 10 мм с тепловым профилем и закрученными анимированными траекториями потока с принудительной конвекцией от трубоаксиальный вентилятор, прогнозируемый с помощью пакета анализа CFD. 
Радиальный радиатор с тепловым профилем и траекториями закрученного принудительного конвекционного потока (с использованием анализа CFD) 
Штифтовый радиатор с тепловым профилем и конвективным потоком Dione Траектории (с использованием анализа CFD) 
Радиатор в компьютере рабочей станции 
Художественное представление о материнской плате теплоотвод, визуализированное с помощью POVRay 
Термоэлектрический охладитель со свободной конвекцией (охладитель Пельтье) с контурами температуры поверхности радиатора и траекториями восходящего потока более теплого и падающего более холодного воздуха, спрогнозированные с помощью пакета анализа CFD. 
радиатор процессора с прикрепленным вентилятором 
A радиатор (алюминий) с тепловой трубкой (медь) Все электронные устройства и схемы поколения т. е. избыток тепла и, следовательно, требуется управление температурой для повышения надежности и предотвращения преждевременного выхода из строя. Количество выделяемого тепла равно потребляемой мощности, если нет других энергетических взаимодействий. Существует несколько методов охлаждения, включая различные типы радиаторов, термоэлектрических охладителей, систем с принудительной подачей воздуха и вентиляторов, тепловых трубок и т. Д. В случаях крайне низких температур окружающей среды может потребоваться нагрев электронных компонентов для достижения удовлетворительной работы.
Обычно обозначается как тепловое сопротивление от перехода к корпусу полупроводникового устройства. Единицы измерения - ° C / Вт. Например, радиатор, рассчитанный на 10 ° C / Вт, станет на 10 ° C горячее, чем окружающий воздух, когда он рассеивает 1 Вт тепла. Таким образом, радиатор с низким значением ° C / Вт более эффективен, чем радиатор с высоким значением ° C / Вт. Учитывая два полупроводниковых устройства в одном корпусе, более низкое сопротивление перехода к окружающей среде (R θJ-C) указывает на более эффективное устройство. Однако при сравнении двух устройств с разным тепловым сопротивлением без кристаллов (например, DirectFET MT и Wirebond 5x6mm PQFN), значения сопротивления их соединения с окружающей средой или соединения с корпусом могут не коррелировать напрямую с их сравнительной эффективностью. Различные полупроводниковые корпуса могут иметь разную ориентацию кристалла, различную массу меди (или другого металла), окружающую матрицу, различную механику крепления матрицы и различную толщину формования, все из которых может привести к значительно разным значениям сопротивления окружающей среды между переходом и корпусом или переходом, а также таким образом скрывают общие показатели эффективности.
Тепловая масса радиатора может рассматриваться как конденсатор (аккумулирующий тепло вместо заряда), а тепловое сопротивление - как электрическое сопротивление (дающее меру того, насколько быстро сохраняется тепло. рассеиваться). Вместе эти два компонента образуют тепловую RC-цепь с соответствующей постоянной времени, заданной как произведение R и C.Эту величину можно использовать для расчета динамической способности рассеивания тепла устройством аналогичным образом.
A материал термоинтерфейса или мастика (он же TIM ) используется для заполнения промежутков между теплопередачей поверхности, такие как между микропроцессорами и радиаторами, для увеличения эффективности теплопередачи. Он имеет более высокое значение теплопроводности в Z-направлении, чем в xy-направлении.
Благодаря последним технологическим разработкам и общественному интересу рынок радиаторов для розничной торговли достиг рекордно высокого уровня. В начале 2000-х годов были произведены процессоры, которые выделяли все больше тепла, чем раньше, повышая требования к качественным системам охлаждения.
Разгон всегда означал более высокие потребности в охлаждении, а более горячие чипы по своей сути вызывали большие опасения у энтузиастов. Эффективные радиаторы жизненно важны для разогнанных компьютерных систем, потому что чем выше скорость охлаждения микропроцессора, тем быстрее компьютер может работать без нестабильности; как правило, более быстрая работа приводит к более высокой производительности. Многие компании сейчас соревнуются за лучший радиатор для энтузиастов разгона ПК. Известные производители радиаторов на вторичном рынке включают:, Foxconn, Thermalright, Thermaltake и Zalman.
Временные радиаторы. иногда использовались при пайке печатных плат, предотвращая повреждение чувствительной близлежащей электроники чрезмерным нагревом. В простейшем случае это означает частичный захват компонента с помощью зажима из тяжелого металла «крокодил» или аналогичного зажима. Современные полупроводниковые устройства, которые предназначены для сборки с помощью пайки оплавлением, обычно могут выдерживать температуры пайки без повреждений. С другой стороны, электрические компоненты, такие как магнитные герконы, могут выйти из строя при воздействии паяльников большей мощности, поэтому эта практика все еще широко используется.
Номинальная мощность аккумулятора, используемого для электромобилей, обычно указывается для рабочих температур в диапазоне от +20 ° C до +30 ° C; однако фактические характеристики могут существенно отличаться от этого, если аккумулятор работает при более высоких или, в частности, более низких температурах, поэтому в некоторых электромобилях есть обогрев и охлаждение для своих аккумуляторов.
Радиаторы широко используются в электронике и стали неотъемлемой частью современной микроэлектроники. Обычно это металлический объект, соприкасающийся с горячей поверхностью электронного компонента, хотя в большинстве случаев тонкий термоинтерфейсный материал является посредником между две поверхности. Микропроцессоры и устройства управления питанием полупроводники - это примеры электронных устройств, которым требуется радиатор для снижения их температуры за счет увеличения тепловой массы и рассеивания тепла (в основном за счет теплопроводности и конвекцией и в меньшей степени излучением ). Радиаторы стали практически незаменимыми для современных интегральных схем, таких как микропроцессоры, DSP, графические процессоры и другие.
Радиатор обычно состоит из металлической конструкции с одной или несколькими плоскими поверхностями для обеспечения хорошего теплового контакта с охлаждаемыми компонентами и ряда гребенчатых или ребристых выступов для увеличения поверхностного контакта с воздухом., и, следовательно, скорость рассеивания тепла.
Радиатор иногда используется вместе с вентилятором для увеличения скорости воздушного потока над радиатором. Это поддерживает больший температурный градиент, заменяя нагретый воздух быстрее, чем конвекция. Это известно как система принудительной подачи воздуха.
Размещение проводящей толстой металлической пластины, называемой холодной пластиной, в качестве границы раздела теплопередачи между источником тепла и холодной текущей жидкостью (или любым другим теплоотводом) может улучшить охлаждающую способность. В такой конфигурации источник тепла охлаждается под толстой пластиной, а не в прямом контакте с охлаждающей жидкостью. Показано, что толстая пластина может значительно улучшить теплопередачу между источником тепла и охлаждающей жидкостью за счет оптимального проведения теплового тока. Двумя наиболее привлекательными преимуществами этого метода являются отсутствие дополнительной мощности откачки и дополнительной площади поверхности теплопередачи, что сильно отличается от ребер (удлиненных поверхностей).
Радиаторы функционируют, эффективно передавая тепловую энергию («тепло») от объекта с высокой температурой ко второму объекту с более низкой температурой с гораздо большей теплоемкость. Эта быстрая передача тепловой энергии быстро приводит первый объект в тепловое равновесие со вторым, понижая температуру первого объекта, выполняя роль радиатора как охлаждающего устройства. Эффективная функция радиатора зависит от быстрой передачи тепловой энергии от первого объекта к радиатору и от радиатора ко второму объекту.
Самая распространенная конструкция радиатора - это металлическое устройство с множеством ребер. Высокая теплопроводность металла в сочетании с его большой площадью поверхности приводит к быстрой передаче тепловой энергии в окружающий более холодный воздух. Это охлаждает радиатор и все, с чем он находится в прямом тепловом контакте. Использование жидкостей (например, хладагентов в холодильном оборудовании) и теплоизоляционного материала (в охлаждающих электронных устройствах) обеспечивает хорошую передачу тепловой энергии к радиатору. Точно так же вентилятор может улучшить передачу тепловой энергии от радиатора воздуху.
Радиатор обычно состоит из основания с одной или несколькими плоскими поверхностями и ряда гребенчатых или ребристых выступов для увеличения площади поверхности радиатора, контактирующей с воздухом, и, таким образом, увеличивая скорость рассеивания тепла. В то время как радиатор является статическим объектом, вентилятор вентилятор часто помогает радиатору, обеспечивая увеличенный поток воздуха над радиатором, таким образом поддерживая больший градиент температуры за счет более быстрой замены нагретого воздуха чем достигается пассивная конвекция - это известно как система с принудительной подачей воздуха.
В идеале радиаторы должны быть сделаны из хорошего теплопроводника, такого как серебро, золото, медь или алюминиевый сплав. Медь и алюминий являются одними из наиболее часто используемых материалов для этой цели в электронных устройствах. Медь (401 Вт / (м · К) при 300 К) значительно дороже алюминия (237 Вт / (м · К) при 300 К), но также примерно в два раза эффективнее, чем теплопроводник. Алюминий имеет значительное преимущество, заключающееся в том, что его можно легко формовать путем экструзии, что позволяет получить сложные поперечные сечения. Алюминий также намного легче меди, что снижает механическую нагрузку на хрупкие электронные компоненты. Некоторые радиаторы из алюминия имеют медный сердечник в качестве компромисса. Полупроводники с самой высокой теплопроводностью - это арсенид бора (1300 Вт / (м · К)) и фосфид бора (500 Вт / (м · К)). Контактная поверхность радиатора (основание) должна быть плоской и гладкой, чтобы обеспечить лучший тепловой контакт с объектом, нуждающимся в охлаждении. Часто используется теплопроводящая смазка для обеспечения оптимального теплового контакта; такие соединения часто содержат коллоидное серебро. Кроме того, зажимной механизм, винты или термоклей плотно удерживают радиатор на компоненте, но без давления, которое могло бы раздавить компонент.
Характеристики теплоотвода (включая свободную конвекцию, принудительную конвекцию, жидкостное охлаждение и любую их комбинацию) являются функцией материала, геометрии и общего коэффициента теплоотдачи поверхности. Как правило, тепловые характеристики радиатора с принудительной конвекцией улучшаются за счет увеличения теплопроводности материалов радиатора, увеличения площади поверхности (обычно за счет добавления расширенных поверхностей, таких как ребра или пенометалл) и за счет увеличения общего коэффициента теплопередачи по площади (обычно увеличивая скорость жидкости, например, добавляя вентиляторы, насосы и т. д.).
Онлайн-калькуляторы радиатора от таких компаний, как Novel Concepts, Inc. и на сайте www.heatsinkcalculator.com, могут точно оценить характеристики радиатора с принудительной и естественной конвекцией. Для более сложной геометрии радиаторов или радиаторов с несколькими материалами или несколькими жидкостями рекомендуется расчет динамики жидкости (CFD) (см. Графики на этой странице).
Это термин описывает охлаждение устройства конвекционными потоками теплого воздуха, которым позволяют выйти за пределы компонента, подлежащего замене более холодным воздухом. Поскольку теплый воздух обычно поднимается вверх, для эффективности этого метода обычно требуется вентиляция сверху или по бокам кожуха.
Если в систему нагнетается больше воздуха, чем выкачивается (из-за дисбаланса количества вентиляторов), это называется «положительным» воздушный поток, так как давление внутри агрегата выше, чем снаружи.
Сбалансированный или нейтральный воздушный поток является наиболее эффективным, хотя слегка положительный воздушный поток может привести к меньшему накоплению пыли при правильной фильтрации
A тепловая трубка - это тепло передающее устройство, которое использует испарение и конденсацию двухфазной «рабочей жидкости» или хладагента для передачи большого количества тепла с очень небольшой разницей в температуре между горячей и холодной границами раздела. Типичная тепловая трубка состоит из герметичной полой трубки, изготовленной из теплопроводящего металла, такого как медь или алюминий, и фитиля для возврата рабочей жидкости из испарителя в конденсатор. Труба содержит как насыщенную жидкость, так и пар рабочей жидкости (например, воду, метанол или аммиак ), за исключением всех других газов. Самая распространенная тепловая трубка для электронного управления тепловым режимом имеет медную оболочку и фитиль с водой в качестве рабочего тела. Медь / метанол используется, если тепловая трубка должна работать ниже точки замерзания воды, а тепловые трубки из алюминия / аммиака используются для охлаждения электроники в космосе.
Преимущество тепловых трубок заключается в их высокой эффективности передачи тепла. Теплопроводность тепловых труб может достигать 100000 Вт / м · К, в отличие от меди, у которой теплопроводность составляет около 400 Вт / м · К.
охлаждающие пластины Пельтье воспользоваться преимуществом эффекта Пельтье для создания теплового потока между стыком двух разных проводников электричества путем подачи электрического тока. Этот эффект обычно используется для охлаждения электронных компонентов и небольших инструментов. На практике многие такие переходы могут быть расположены последовательно, чтобы увеличить эффект до требуемой величины нагрева или охлаждения.
В нем нет движущихся частей, поэтому пластина Пельтье не требует обслуживания. Он имеет относительно низкую эффективность, поэтому термоэлектрическое охлаждение обычно используется для электронных устройств, таких как инфракрасные датчики, которые должны работать при температурах ниже температуры окружающей среды. Для охлаждения этих устройств твердотельный характер пластин Пельтье перевешивает их низкую эффективность. Термоэлектрические переходы обычно примерно на 10% эффективнее идеального холодильника цикла Карно по сравнению с 40%, достигаемыми традиционными системами цикла сжатия.
A синтетическая струя создается непрерывным потоком вихрей, которые образуются путем чередования кратковременного выброса и всасывания воздуха через отверстие, так что чистый поток массы равен нулю. Уникальной особенностью этих форсунок является то, что они полностью сформированы из рабочей жидкости проточной системы, в которой они развернуты, и могут создавать чистый импульс для потока системы без подачи в систему чистой массы.
Синтетические реактивные пневмодвигатели не имеют движущихся частей и поэтому не требуют обслуживания. Из-за высоких коэффициентов теплопередачи, высокой надежности, но меньшего общего расхода воздуха, синтетические струйные воздушные двигатели обычно используются на уровне чипа, а не на уровне системы для охлаждения. Однако, в зависимости от размера и сложности систем, они могут использоваться в обоих случаях.
(EFA) - это устройство, которое перекачивает жидкость, такую как воздух, без какого-либо движущиеся части. Вместо вращающихся лопастей, как в обычном вентиляторе, EFA использует электрическое поле для движения электрически заряженных молекул воздуха. Поскольку молекулы воздуха обычно заряжены нейтрально, EFA сначала должен создать несколько заряженных молекул или ионов. Таким образом, в процессе ускорения жидкости есть три основных этапа: ионизировать молекулы воздуха, использовать эти ионы, чтобы подтолкнуть гораздо больше нейтральных молекул в желаемом направлении, а затем повторно захватить и нейтрализовать ионы, чтобы устранить любой общий заряд.
Основной принцип был понят в течение некоторого времени, но только в последние годы произошли изменения в разработке и производстве устройств EFA, которые могут позволить им найти практическое и экономичное применение, например, в микроохлаждении электроники. составные части.
Совсем недавно охлаждающие радиаторы из синтетического алмаза исследуются для обеспечения лучшего охлаждения. Кроме того, некоторые радиаторы изготовлены из нескольких материалов с желаемыми характеристиками, таких как материалы с фазовым переходом, которые могут накапливать большое количество энергии из-за их теплоты плавления.
Тепловое моделирование дает инженерам визуальное представление о температуре и воздушном потоке внутри оборудования. Тепловое моделирование позволяет инженерам спроектировать систему охлаждения; оптимизировать конструкцию для снижения энергопотребления, веса и стоимости; и проверить тепловую конструкцию, чтобы убедиться в отсутствии проблем при построении оборудования. В большинстве программ теплового моделирования используются методы вычислительной гидродинамики для прогнозирования температуры и расхода воздуха в электронной системе.
Тепловое моделирование часто требуется, чтобы определить, как эффективно охлаждать компоненты в рамках проектных ограничений. Моделирование позволяет проектировать и проверять тепловую схему оборудования на очень ранней стадии и на протяжении всего проектирования электронных и механических частей. Проектирование с учетом тепловых свойств с самого начала снижает риск внесения изменений в конструкцию в последнюю минуту для устранения тепловых проблем.
Использование теплового моделирования как части процесса проектирования позволяет создать оптимальную и инновационную конструкцию продукта, которая соответствует техническим условиям и отвечает требованиям надежности клиентов.
Это легко спроектировать систему охлаждения практически для любого оборудования, если есть неограниченное пространство, мощность и бюджет. Однако большая часть оборудования будет иметь жесткие спецификации, которые оставляют ограниченный допуск на ошибку. Постоянно стремятся снизить требования к мощности, весу системы и стоимости деталей без ущерба для производительности или надежности. Тепловое моделирование позволяет экспериментировать с оптимизацией, например изменять геометрию радиатора или снижать скорость вращения вентилятора в виртуальной среде, что быстрее, дешевле и безопаснее, чем физические эксперименты и измерения.
Традиционно первая проверка теплового расчета оборудования проводится после создания прототипа. Устройство включается, возможно, внутри климатической камеры, и температуры критических частей системы измеряются с помощью датчиков, таких как термопары. Если обнаруживаются какие-либо проблемы, проект откладывается на время поиска решения. Для устранения проблемы может потребоваться изменение конструкции печатной платы или части корпуса, что потребует времени и значительных денежных средств. Если тепловое моделирование используется как часть процесса проектирования оборудования, проблема теплового проектирования будет выявлена до создания прототипа. Устранение проблемы на этапе проектирования и быстрее, и дешевле, чем изменение дизайна после создания прототипа.
Существует широкий спектр программных инструментов, предназначенных для теплового моделирования электроники, включая Ansys 'IcePak и Mentor Graphics ' FloTHERM.
Необходимо принять меры по управлению температурным режимом для размещения оборудования с высоким тепловыделением в телекоммуникационных помещениях. Общие методы дополнительного / точечного охлаждения, а также решения по охлаждению под ключ, разработанные производителями оборудования, являются жизнеспособными решениями. Такие решения могут позволить разместить оборудование с очень высоким тепловыделением в центральном офисе, у которого плотность тепла равна или близка к холодопроизводительности, доступной от центрального кондиционера.
Согласно Telcordia GR-3028, Управление температурным режимом в центральных телекоммуникационных центрах, наиболее распространенным способом внутреннего охлаждения современного телекоммуникационного оборудования является использование нескольких высокоскоростных вентиляторов. для создания принудительного конвекционного охлаждения. Хотя прямое и непрямое жидкостное охлаждение может быть введено в будущем, нынешняя конструкция нового электронного оборудования ориентирована на поддержание воздуха в качестве охлаждающей среды.
Для понимания текущих и современных требований требуется хорошо разработанный «целостный» подход. будущие проблемы терморегулирования. Охлаждение пространства, с одной стороны, и охлаждение оборудования, с другой, нельзя рассматривать как две изолированные части общей тепловой проблемы. Основное назначение системы воздухораспределения оборудования - это распределение кондиционированного воздуха таким образом, чтобы электронное оборудование эффективно охлаждалось. Общая эффективность охлаждения зависит от того, как система распределения воздуха перемещает воздух через комнату с оборудованием, как оборудование перемещает воздух через рамы оборудования и как эти воздушные потоки взаимодействуют друг с другом. Высокий уровень рассеивания тепла во многом зависит от бесшовной интеграции систем охлаждения оборудования и охлаждения помещений.
Существующим экологическим решениям на объектах телекоммуникаций присущи ограничения. Например, в большинстве зрелых центральных офисов имеется ограниченное пространство для установки больших воздуховодов, необходимых для охлаждения аппаратных с высокой плотностью тепла. Более того, в случае перебоев в охлаждении быстро развиваются крутые градиенты температуры; это было хорошо задокументировано посредством компьютерного моделирования и прямых измерений и наблюдений. Хотя могут существовать системы экологического резервного копирования, бывают ситуации, когда они не помогут. В недавнем случае телекоммуникационное оборудование в крупном центральном офисе было перегрето, и критически важные услуги были прерваны из-за полного отключения охлаждения, инициированного ложной сигнализацией дыма.
Основным препятствием для эффективного управления температурным режимом является способ представления данных о тепловыделении в настоящее время. Поставщики обычно указывают максимальное тепловыделение (на паспортной табличке) от оборудования. В действительности конфигурация оборудования и разнообразие трафика приведут к значительному снижению количества тепловыделений.
Как указано в GR-3028, в большинстве сред с оборудованием поддерживается охлаждение передних проходов (техобслуживание) и горячих задних проходов (проводка), где приточный воздух охлаждается. доставляется в передние проходы, а горячий воздух удаляется из задних проходов. Эта схема обеспечивает множество преимуществ, включая эффективное охлаждение оборудования и высокую тепловую эффективность.
В классах традиционного охлаждения помещений, используемых большинством поставщиков услуг, охлаждение оборудования выиграет от мест забора и выпуска воздуха, которые помогают перемещать воздух из переднего прохода в задний проход. Тем не менее, традиционное расположение «спереди снизу-вверх-сзади» было заменено в некотором оборудовании другими схемами воздушного потока, которые могут не обеспечивать надлежащее охлаждение оборудования в зонах с высокой плотностью тепла.
Классификация оборудования (полки и шкафы) по классам оборудования для охлаждения (EC) служит цели классификации оборудования в отношении мест забора и выпуска горячего воздуха, т. Е. Схем воздушного потока оборудования или протоколы.
Синтаксис EC-Class обеспечивает гибкий и важный «общий язык». Он используется для разработки целевых показателей тепловыделения (HRT), которые важны для надежности сети, планирования оборудования и пространства, а также планирования мощности инфраструктуры. HRT учитывают физические ограничения окружающей среды и критерии исходных условий окружающей среды, включая пропускную способность приточного воздуха, диффузию воздуха в пространство оборудования и взаимодействие воздухораспределения / оборудования. Классификация ЕС не только используется для разработки HRT, но и для демонстрации соответствия на листах продукции, предоставления внутренних проектных спецификаций или определения требований в заказах на поставку.
Классификация комнатного охлаждения (RC-класс) относится к способу кондиционирования (охлаждения) всего пространства оборудования. Основная цель RC-классов - обеспечить логическую классификацию и описание устаревших и других схем или протоколов охлаждения помещений в среде центрального офиса. Помимо использования для разработки HRT, RC-классификация может использоваться во внутренних проектных спецификациях центрального офиса или в заказах на поставку.
Классы дополнительного охлаждения (SC-класс) представляют собой классификацию методов дополнительного охлаждения. Поставщики услуг используют решения для дополнительного / точечного охлаждения для увеличения охлаждающей способности (например, для обработки «горячих точек»), обеспечиваемой общим протоколом охлаждения помещения, выраженным в классе RC.
Энергопотребление телекоммуникационным оборудованием в настоящее время составляет высокий процент от общего количества энергии, потребляемой в центральных офисах. Большая часть этой энергии впоследствии выделяется в виде тепла в окружающее пространство оборудования. Поскольку большая часть оставшейся энергии в центральном офисе идет на охлаждение аппаратной, экономическое воздействие от повышения энергоэффективности электронного оборудования будет значительным для компаний, которые используют и эксплуатируют телекоммуникационное оборудование. Это снизит капитальные затраты на вспомогательные системы и улучшит тепловой режим в аппаратной.
