كيفية تصميم قناة التدفق الحلزونية لوحة التبريد السائل لمصدر حرارة 1200 واط؟
1. خلفية التصميم والمتطلبات الأساسية
في نظام تبديد الحرارة لمعدات الطاقة بقدرة 1200 واط، غالبًا ما تعاني الصفائح التقليدية ذات القنوات المستقيمة من مشاكل مثل تراكم الحرارة الموضعي وانخفاض كفاءة تبادل الحرارة. يستهدف هذا التصميم صفيحة دافعة بأبعاد 150 مم × 150 مم وسمك 25 مم، تتوافق مع مصدر حرارة بقطر 140 مم. من خلال تحسين مسار تدفق السوائل عبر قناة تدفق حلزونية، يحقق نقلًا موحدًا للحرارة وتبديدًا فعالًا للحرارة من مصدر الحرارة، مما يلبي متطلبات تبديد الحرارة لضمان تشغيل مستقر طويل الأمد للمعدات. تصميم باستخدام الاحتكاك يحدث لحام عملية مع اللوحة السفلية ولوحة الغطاء
2. معلمات التصميم الأساسية لقناة التدفق الحلزونية
مع "التكيف مع مصدر الحرارة وتحسين مجال التدفق" باعتباره الأساس، يتم تحديد المعلمات الرئيسية لقناة التدفق الحلزونية لضمان التوافق الدقيق مع متطلبات تبديد الحرارة لمصدر الحرارة 1200 واط وأبعاد لوحة المكره:
1.الأبعاد الأساسية لقناة التدفق:
عرض قناة التدفق مُحدد عند 8 مم، وعمقها 18 مم (يُخصص سُمك 7 مم للوح لضمان متانة الهيكل). يبلغ طول قناة التدفق أحادية الدائرة حوالي 439.6 مم (محسوب بناءً على قطر مصدر الحرارة البالغ 140 مم)، بإجمالي دائرتين ونصف، ليصل الطول الإجمالي لقناة التدفق إلى حوالي 2.5 مم.
2. زاوية الرصاص الحلزونية:
تم اعتماد زاوية توصيل ثابتة مقدارها 15 درجة لموازنة مقاومة تدفق السائل ومساحة تلامس التبادل الحراري. تؤدي زاوية التوصيل الصغيرة جدًا إلى ركود السائل، بينما تُقلل الزاوية الكبيرة جدًا من زمن التبادل الحراري. تسمح زاوية 15 درجة بنقل الحرارة الناتجة عن مصدر الحرارة بقوة 1200 واط بالتساوي على طول قناة التدفق دون تراكم موضعي.
3. تصميم المدخل والمخرج:
يقع مدخل ومخرج النظام على التوالي في زاويتين متقابلتين من صفيحة المكره (على بُعد 20 مم من الحافة). يبلغ قطر المدخل 10 مم وقطر المخرج 12 مم، مما يتوافق مع أنابيب سوائل تبديد الحرارة التقليدية. وفي الوقت نفسه، يمنع هذا التصميم التداخل بين سوائل المدخل والمخرج، مما يضمن استقرار مجال التدفق.
3. مزايا التصميم ومبدأ تبديد الحرارة
(1) المزايا الأساسية للتكيف مع مصدر الحرارة 1200 واط
•تعظيم مساحة تبادل الحرارة: بالمقارنة مع القنوات المستقيمة من نفس الحجم، تزيد قناة التدفق الحلزونية من مساحة تبادل الحرارة بنحو 60%، مما يمكنها من الاتصال الكامل بمنطقة تسخين مصدر الحرارة الذي يبلغ قطره 140 مم وامتصاص الحرارة الناتجة عن قوة 1200 وات بسرعة.
•لا توجد مناطق ميتة في مجال التدفق: يُمكّن المسار الحلزوني السائل (مثل سائل التبريد) من تكوين "دورة حلزونية" داخل الصفيحة بسمك 25 مم، مما يُجنّب مشكلة "قصر الدائرة" في التدفق عبر القنوات المستقيمة. ويضمن ذلك درجة حرارة موحدة في منطقة مصدر الحرارة بسمك 140 مم، مع التحكم في فرق درجة الحرارة في حدود 5 درجات مئوية.
التوافق الهيكلي: يُمكن تعديل الأبعاد الخارجية (150 مم × 150 مم) مباشرةً لتناسب مساحة تركيب معظم المعدات من فئة 1200 واط. يُوازن سمكها البالغ 25 مم بين كفاءة تبديد الحرارة وصغر حجم المعدات، دون الحاجة إلى تعديلات إضافية على هيكل المعدات.
(2) مبدأ تبديد الحرارة
عند تشغيل مصدر الحرارة بقدرة 1200 واط، تنتقل الحرارة إلى هيكل لوحة المكره عبر التوصيل الحراري. يتدفق السائل (مثل الزيت الموصل للحرارة أو سائل التبريد) في قناة التدفق الحلزوني على طول قناة التدفق بزاوية 15 درجة. يبلغ طول قناة التدفق الإجمالي 1099 مم، وتمتص الحرارة باستمرار من خلال "التبادل الحراري بالحمل الحراري". في الوقت نفسه، يعزز الهيكل الحلزوني لقناة التدفق الحلزوني التأثير المضطرب للسائل، مما يزيد من كفاءة التبادل الحراري بنسبة 40% تقريبًا مقارنةً بالتدفق الصفائحي. وأخيرًا، يُحقق التبريد السريع لمصدر الحرارة بقدرة 1200 واط، مما يضمن التحكم في درجة حرارة المكونات الأساسية للجهاز ضمن الحد الآمن.
4. اتجاهات التحقق من التصميم
وللتأكد بشكل أكبر من جدوى التصميم، يمكن القيام بالجانبين التاليين:
1. التحقق من المحاكاة: استخدام برنامج محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) أنسيس 2022 R1 لمحاكاة مجال التدفق وحقل درجة الحرارة تحت مصدر الحرارة 1200 واط، والتحقق مما إذا كانت سرعة السائل في قناة التدفق الحلزونية (يوصى بالتحكم فيها عند 0.8-1.2 متر/ثانية) ودرجة الحرارة القصوى في منطقة مصدر الحرارة تلبي أهداف التصميم.
2. الاختبار المادي: تصنيع عينة لوحة المكره لقناة التدفق الحلزونية بأبعاد 150 × 150 × 25 مم، وتجهيزها بمصدر حرارة محاكي 140 وات بقطر 1200 مم، واختبار كفاءة تبديد الحرارة تحت معدلات تدفق مختلفة، ومقارنة تأثير التبريد مع لوحة المكره ذات القناة المستقيمة التقليدية، وتحسين تفاصيل قناة التدفق.
5. اختتام
بالتركيز على الشروط الأساسية الثلاثة لمصدر الحرارة بقدرة 1200 واط، وحجم صفيحة المكره 150×150×25 مم، وقطر مصدر الحرارة 140 مم، يُحقق هذا التصميم توازنًا بين مساحة التبادل الحراري، واستقرار مجال التدفق، والتوافق الهيكلي ضمن مساحة محدودة من خلال تحسين المعاملات والتصميم الهيكلي لقناة التدفق الحلزونية. يوفر هذا التصميم حلاً فعالاً ومدمجًا لتبديد الحرارة لمعدات فئة 1200 واط، وفي الوقت نفسه، يُقدم معايير وأفكارًا مرجعية لتصميم قناة التدفق لصفائح المكره ذات الأحجام المتشابهة.
