В связи с быстрым развитием современных технологий электронные устройства продолжают достигать более высоких показателей производительности и большей удельной мощности. В результате проблемы управления тепловым режимом становятся все более актуальными. В высокопроизводительных серверах, системах искусственного интеллекта, электромобилях, силовой электронике и промышленном оборудовании традиционные методы воздушного охлаждения часто уже недостаточны. Именно поэтому решения на основе жидкостного охлаждения стали неотъемлемой частью современных систем управления тепловым режимом.

В отличие от воздушного охлаждения, система жидкостного охлаждения использует высокую теплоемкость и отличную теплопроводность жидкости для более эффективного отвода тепла от источника. Это позволяет оборудованию работать более стабильно и продлевает срок его службы. Кроме того, системы жидкостного охлаждения Как правило, они работают тише, что делает их идеальными для помещений, чувствительных к шуму.

в центре каждого система охлаждения холодной пластины Сама жидкостная охлаждающая пластина является связующим звеном между источником тепла и охлаждающей жидкостью, и её характеристики напрямую определяют эффективность и надёжность всей системы. Поэтому понимание принципа работы жидкостных охлаждающих пластин — это первый шаг к пониманию передовых технологий жидкостного охлаждения.

что такое жидкая холодная пластина?

Жидкостная охлаждающая пластина — это компонент системы терморегулирования, предназначенный для передачи тепла от электронных устройств или силовых систем в циркулирующую охлаждающую жидкость. Она широко используется в охлаждающих пластинах для электроники, аккумуляторных систем электромобилей, промышленных силовых модулей, процессоров и высокопроизводительного вычислительного оборудования.

Базовая структура обычно состоит из:

• теплопроводящее металлическое основание

• внутренние каналы для жидкости

• патрубки для впуска и выпуска охлаждающей жидкости

По мере того, как охлаждающая жидкость циркулирует по внутренним каналам, тепло от устройства передается в жидкость и отводится от источника тепла.

К распространенным материалам относятся:

• медные охлаждающие пластины обеспечивают максимальную теплопроводность.

• Алюминиевые охлаждающие пластины для легких и экономичных применений.

Благодаря своей превосходной теплопередающей способности, жидкостное охлаждение с помощью холодных пластин стало одним из наиболее эффективных методов охлаждения, доступных сегодня.

Как работают жидкостные охлаждающие пластины

Многие инженеры и пользователи задаются вопросом: «Действительно ли жидкостное охлаждение работает?»

Ответ — да. Жидкостное охлаждение значительно эффективнее традиционного воздушного охлаждения в условиях высокой теплоемкости.

Полная система охлаждения с помощью холодной пластины обычно состоит из:

• насос

• водохранилище

• жидкая холодная пластина

• радиатор

• вентилятор охлаждения

• трубка

Рабочий процесс относительно прост:

1. Насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе.

2. Охлаждающая жидкость поступает в охлаждаемую жидкостью холодную пластину и поглощает тепло от источника тепла.

3. Нагретая охлаждающая жидкость поступает в радиатор.

4. Радиатор рассеивает тепло в окружающий воздух с помощью вентилятора.

5. Охлажденная жидкость возвращается в систему и цикл повторяется.

В этом процессе охлаждающая жидкость непрерывно отводит тепловую энергию от устройства.

Зачем использовать холодную плиту?

По сравнению с традиционным воздушным охлаждением, охлаждение с помощью холодной пластины имеет ряд существенных преимуществ:

более высокая эффективность теплопередачи

Жидкости обладают гораздо большей теплоемкостью, чем воздух, что позволяет пластинам водяного охлаждения быстро отводить большие объемы тепла.

компактная система терморегулирования

Пластина с водяным охлаждением способна справляться с высокими тепловыми нагрузками в замкнутых пространствах, где традиционные радиаторы и вентиляторы не справляются с задачей.

более низкий уровень шума

Поскольку жидкостное охлаждение в меньшей степени зависит от высокоскоростного воздушного потока, системы могут работать гораздо тише.

лучшая равномерность температуры

Жидкостные охлаждающие пластины помогают уменьшить перегрев отдельных участков и поддерживать стабильную рабочую температуру чувствительных компонентов.

Эти преимущества объясняют, почему системы жидкостного охлаждения аккумуляторов широко используются в электромобилях и системах хранения энергии.

Выбор охлаждающей жидкости в системах жидкостного охлаждения

Несмотря на то, что чистая вода недорога и обладает хорошей теплопроводностью, она легко может вызывать окисление и коррозию внутри системы.

Поэтому в большинстве систем жидкостного охлаждения используются специально разработанные охлаждающие жидкости, в состав которых входят:

• антикоррозионные добавки

• антикоррозийная защита

• биологические ингибиторы

• иногда флуоресцентные добавки для визуальных эффектов

Правильный выбор охлаждающей жидкости способствует повышению как надежности системы, так и ее тепловых характеристик.

Вопросы проектирования жидкостной охлаждающей пластины

Рабочие характеристики жидкостной охлаждающей пластины в значительной степени зависят от ее внутренней структуры и метода изготовления.

Хорошо спроектированная, изготовленная на заказ жидкостная охлаждающая пластина должна обеспечивать баланс:

• тепловые характеристики

• сопротивление жидкости

• структурная прочность

• себестоимость производства

Ключевые факторы проектирования включают в себя:

1. Эффективность теплообмена

Охлаждающая жидкость должна максимально эффективно контактировать с нагретой поверхностью. Для улучшения теплопередачи обычно используются усовершенствованные канальные структуры, такие как микроканалы или массивы ребер.

2. Гидродинамика

Внутренние каналы должны обеспечивать баланс между скоростью потока охлаждающей жидкости и падением давления. Чрезмерное сопротивление потоку увеличивает нагрузку на насос, а недостаточный поток снижает эффективность охлаждения.

3. производственный процесс

Различные методы производства влияют на стоимость, долговечность и производительность.

К распространенным методам производства относятся:

• станки с ЧПУ

• пайка

• сварка

• литье под давлением

• сварка трением с перемешиванием (fsw)

4. Выбор материалов

Медные охлаждающие пластины обеспечивают превосходную теплопроводность и широко используются в высокопроизводительных системах.

Алюминиевые конструкции легче и экономичнее, хотя их теплопроводность ниже, и необходимо учитывать гальваническую коррозию.

распространенные типы жидкостных охлаждающих пластин

1. жидкая холодная пластина fsw

Технология сварки трением с перемешиванием позволяет создавать высоконадежные герметичные конструкции с превосходными тепловыми характеристиками и механической прочностью. Они широко используются в аккумуляторах для электромобилей и промышленной силовой электронике.

2. трубчатая холодная пластина

тот трубчатая холодная пластина Это одна из самых традиционных конструкций пластин для водяного охлаждения.

При таком подходе медные или алюминиевые трубки изгибаются в S-образные или U-образные формы и прикрепляются к проводящей опорной пластине.

преимущества:

• простое производство

• бюджетный

• простота в обслуживании

• подходит для охлаждения больших площадей.

приложения:

• промышленные инверторы

• источники питания

• крупные электрические системы

Однако, поскольку диаметр трубки относительно велик, а путь потока включает множество изгибов, равномерность распределения тепла ниже, и могут возникать локальные зоны перегрева.

3. Пластина жидкостного охлаждения со складчатыми ребрами

В конструкциях с изогнутыми ребрами используются металлические ребра волнообразной или зигзагообразной формы для увеличения площади теплопередачи и создания турбулентности внутри потока охлаждающей жидкости.

преимущества:

• сбалансированные тепловые характеристики

• умеренные производственные затраты

• подходит для производства в средних масштабах

приложения:

• телекоммуникационное оборудование

• промышленные шкафы управления

Данная конструкция обеспечивает хороший баланс между эффективностью охлаждения и сопротивлением жидкости.

4. Холодильная пластина с игольчатыми ребрами

Жидкостные охлаждающие пластины с игольчатыми ребрами содержат плотно расположенные цилиндрические или игольчатые ребра.

Эти конструкции значительно улучшают турбулентность и эффективность теплопередачи.

К распространенным формам плавников относятся:

• прямоугольный

• круговой

• эллиптический

преимущества:

• превосходный теплообмен

• гибкая конструкция

• подходит для компактных помещений

Недостатки:

• более высокое сопротивление потоку

• Более сложное техническое обслуживание из-за скопления мусора.

5. пластина с водоохлаждающим элементом и скошенными ребрами

Технология изготовления ребер методом срезания позволяет вырезать ребра непосредственно из цельного металлического блока.

Поскольку ребра и основание интегрированы в единую конструкцию, тепловое сопротивление между компонентами исключается.

преимущества:

• превосходная теплопроводность

• высокая структурная целостность

• эффективно для массового производства

Недостатки:

• ограниченная гибкость геометрии ребер

• менее подходит для применения в крайне компактных условиях

всестороннее сравнение технологий охлаждения с помощью холодных пластин

тепловые характеристики

Наивысшая эффективность охлаждения обычно достигается за счет:

• микроканальные холодные пластины

• холодные пластины с рифлеными ребрами

Эти конструкции обеспечивают максимальную площадь контакта и теплопроводность.

Конструкции с игольчатыми и складчатыми ребрами обеспечивают высокую производительность в определенных областях применения.

трубчатая холодная пластина Эти системы обладают более низкой тепловой эффективностью, но отличаются превосходной надежностью и простотой в обслуживании.

экономическая эффективность

самая низкая стоимость:

• трубчатая холодная пластина

умеренная стоимость:

• сложенный плавник

• тонкая сосна

• скошенный плавник

наибольшая стоимость:

• паяная жидкостная холодная пластина а также микроканальные системы из-за сложности изготовления и жестких допусков.

сопротивление жидкости

трубчатая холодная пластина

Умеренное падение давления, вызванное длинными путями потока и многочисленными изгибами.

микроканальная холодная пластина

Очень высокое сопротивление потоку из-за узких каналов и плотной структуры.

сложенный плавник

создает контролируемую турбулентность с умеренным падением давления.

тонкая сосна

Высокая турбулентность и высокое сопротивление обусловлены плотным расположением ребер.

скошенный плавник

Относительно плавный поток охлаждающей жидкости и меньшее падение давления.

выбор подходящей жидкостной охлаждающей пластины

В конструкции систем жидкостного охлаждения с охлаждающей пластиной не существует универсального решения. Идеальный выбор зависит от требований конкретного применения.

При выборе жидкостной охлаждающей пластины, изготовленной на заказ, наиболее важными факторами являются:

• требуемая производительность охлаждения

• бюджет

• доступное место для установки

• возможности технического обслуживания

• ожидания надежности

например:

• Системы жидкостного охлаждения батарей отдают приоритет равномерному распределению температуры.

• В системах охлаждения процессоров приоритет отдается локальному отводу высоких тепловых потоков.

• В промышленных системах часто приоритет отдается долговечности и ремонтопригодности.

Выбор подходящей пластины с жидкостным охлаждением в конечном итоге требует баланса между тепловыми характеристиками, сопротивлением потоку, стоимостью и долгосрочной надежностью.