전체 액체 냉각 시스템에는 액체 냉각판, 액체 냉각 매체, 펌프, 수도관, 라디에이터와 같은 구성 요소가 포함됩니다. 일반적으로 일반적으로 사용되는 액체 냉각 작동 유체의 열물리적 특성은 다음 표에 나와 있습니다.
위의 표에서 액체 냉각 매체의 선택은 전체 시스템의 방열 효율에 고정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. 다른 조건을 변경하지 않고 환경 요구 사항(고도, 주변 온도 등)을 충족하고 비용이 낮은 매체를 우선시해야 합니다. 그러나 액체 냉각판도 액체 냉각 방열 시스템의 중요한 부분이며, 액체 냉각 시스템의 열 교환 구성 요소입니다. 내부 열 교환 홈 구조, 즉 흐름 채널이 있습니다. 내부 흐름 채널 설계의 차이는 전체 시스템의 열 전달 효율에 상당한 영향을 미치며 상당한 변수가 관련됩니다. 따라서 액체 냉각 매체에 대해서는 논의하지 않겠습니다. 순수한 물을 예로 들어 액체 냉각판의 흐름 채널 설계 및 최적화 아이디어를 분석해 보겠습니다.
액체 냉각판의 구조 설계에서는 다음 사항을 고려해야 합니다.
열전달 성능 요구 사항: 유량과 입출구 수온차의 설정에 따라 열원의 온도상승 목표, 라디에이터의 열저항 목표 및 열전달 성능에 대한 요구사항을 달성한다. 강도 및
압력 요구사항: 일부 프로젝트에서는 시스템 내부의 사용 환경 및 설치 요구사항으로 인해 액체 냉각판의 표면 압력 및 전체 응력 상황에 대한 특별 지침이 필요할 수 있습니다.
부식 방지 요구 사항: 채널 내 액체 냉각 매체의 장기간 흐름은 고온의 영향을 받아 금속 재료의 손상을 악화시키고 심지어 막힘을 유발하여 열 방출 효율에 영향을 미칠 수 있습니다.
누출 방지 요구 사항: 커버 플레이트, 상하단면, 밀봉 스트립의 설계는 물론 마찰교반용접( FSW ) 또는 브레이징 용접 방식까지 누출 방지 대책을 마련해야 합니다. 저비용 요구 사항: 생산 및 가공 가능성, 재료 선택, 공정 복잡성, 유동 저항, 열 저항 등의 측면에서 펌프 압력, 작업 시간 등으로 인한 비용을 절감해야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해서는 재료, 구조 설계, 제조 방법 등 여러 측면에서 종합적인 설계 고려가 필요합니다.
액체 냉각판의 재료는 수로와 냉각수 사이의 열 전달 성능에 영향을 미칩니다. 액체 냉각판을 만들기 위해 열전도도가 높은 재료를 사용하면 시스템의 전체 열 저항을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 알루미늄과 구리로 표현되는 일반적인 재료 속성은 아래 표에 나와 있습니다.
가장 흔하게 사용되는 방열재인 알루미늄 합금은 높은 열전도율, 낮은 밀도, 우수한 가공성, 뛰어난 내식성, 그리고 우수한 물리적 및 기계적 특성 등의 장점을 가지고 있습니다. 알루미늄 프로파일의 부식 방지 공정은 이미 성숙되어 있어 수냉식 방열판의 장기간 안정적인 사용을 보장합니다. 전자 제품의 알루미늄 방열판에 사용되는 재료는 AL50, 51, 60, 60, 160, 63과 같은 50 및 60 시리즈로, 우수한 열전도율, 내식성 및 가공성을 갖추고 있어 복잡한 유로의 양극 산화 및 CNC 가공 에 적합합니다.
이 연구는 물 흐름 속도와 기본 압력 강하 요구 사항을 결정하는 전제 하에 수냉판의 흐름 채널을 설계하고 최적화하기 위한 아이디어와 방법에 초점을 맞춥니다. 액체 냉각판 흐름 채널의 기본 스타일은 주로 평평한, W자형, 원형, 원통형, 아르키메데스 나선형 수로 등으로 나뉩니다. 아래는 다이어그램에 따른 간략한 설명입니다.
평면 유동 채널을 갖춘 액체 냉각판은 몇 가지 주요 특징을 가지고 있습니다. 매끄럽고 일관된 유동 경로를 제공하며, 냉각수와의 우수한 접촉으로 인해 효율적인 열 전달이 가능합니다. 또한 구조가 단순하여 제조가 용이하고 다양한 응용 분야에서 안정적인 냉각 성능을 제공할 수 있습니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 입구와 출구는 양쪽 모두 간단한 구조를 가지고 있습니다.
W- S 자형 유로를 갖춘 액체 냉각판은 유체 냉각에 여러 가지 장점을 제공합니다. 구조적으로 W자형 유로는 유체와 냉각판 사이의 접촉 면적을 증가시키고 유체의 흐름 경로를 연장합니다. 이를 통해 열을 더욱 효과적으로 흡수하고 열 교환 효율을 향상시킬 수 있습니다. 유체 흐름 측면에서는 유체가 더욱 복잡한 유동 상태를 형성하도록 하여 층류를 줄이고 난류를 증가시켜 열 전달을 더욱 균일하고 빠르게 진행할 수 있도록 합니다. 이러한 설계는 국부적인 과열 위험을 효과적으로 줄이고 전체 냉각 시스템의 안정성을 높여주므로 높은 열 방출 요구 사항이 있는 시나리오에 적합합니다.
액체 냉각판의 환형 유동 채널은 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 환형 구조는 냉각수의 순환을 가능하게 하여 안정적이고 연속적인 냉각 회로를 형성하고 열을 고르게 제거합니다. 이러한 균일한 열 전달은 국부적인 과열을 방지하고 주변 전자 부품 및 기타 장비를 보호합니다. 또한, 환형 유동 채널은 냉각수의 흐름을 더욱 규칙적으로 만들어 난류로 인한 불안정 요인을 줄이고 유체 저항을 감소시켜 냉각 효율을 높입니다. 동시에, 환형 유동 채널의 설계는 비교적 간단하여 가공 및 제조가 용이하고 비용도 절감할 수 있습니다.
액체 냉각판은 아르키메데스 나선형 유로 의 특성을 채택하여 열을 효율적으로 발산합니다. 나선형 모양은 유로 내 냉각액의 흐름 경로를 길게 하고 접촉 면적을 넓혀 열을 충분히 흡수하고 효율적인 열 교환을 통해 온도를 효과적으로 낮춥니다. 유체 역학적 관점에서, 냉각액의 흐름을 원활하게 유도하고 유동 난류 및 국부적인 속도 변동을 줄여 유체 소음과 압력 손실을 감소시킵니다.
다양한 조합을 통해 많은 예상치 못한 효과를 얻을 수 있습니다. 당사 엔지니어는 향후 참고를 위해 이러한 채널의 열 분석을 편집할 것입니다. 이러한 채널의 설계를 위해 몇 가지 전형적인 수냉 채널 설계도 있습니다. 이에 대한 최적화 설계 아이디어를 살펴보겠습니다.
회로 추가: 액체 흐름 채널 설계의 예비 계획 후, 수치 시뮬레이션 결과 열 방출 효율이 요구 사항을 충족하지 못하고 열 저항이 높은 것으로 나타났습니다. 이 경우, 열 전달을 향상시키기 위해 단일 사이클을 이중 사이클로, 또는 그 이상으로 변경하는 등의 회로 추가를 고려할 수 있습니다.
열 방출 면적 증가: 내부 구조 공간이 허용하는 경우, 원통형 또는 사각형 보강재를 유동 채널 내부에 적절히 추가하여 지그재그 또는 순차적인 방식으로 최적화할 수 있습니다.
내부 물 흐름 속도 최적화: 입구의 단면적이 일정할 때, 내부 수류 채널의 단면적이 클수록 속도가 낮아져 빠른 열전달에 도움이 되지 않습니다. 물론 단순히 단면적을 줄여 흐름 속도를 높이는 것만으로는 충분하지 않습니다. 흐름 저항이 증가하기 때문입니다.
균형 잡힌 수냉 영역: 열원의 접촉 표면을 흐름 채널과 고르게 덮도록 하십시오. 면적과 공간이 작은 특수한 경우, 아르키메데스 나선형 수로는 좋은 선택입니다. 단락 회로 방지: 유입구와 유출구가 매우 가까운 경우 수로 설계의 리브 구조를 사용하여 수로를 확장하고 열원 바로 아래에 분배하여 유입구에서 유출구로 물이 직접 흐르는 것을 방지하는 경우가 많습니다.
과도한 물 흐름을 피하십시오: 열원의 분포가 수직적 층과 같이 비교적 특수한 상황에서는 일반적인 설계 개념은 아래에서 위로 또는 위에서 아래로의 흐름 채널일 수 있지만, 후면과 전면 사이의 온도 차이가 증가할 수 있습니다. 이 경우 층을 통한 별도 냉각을 고려할 수 있습니다.
굽힘을 최소화하고 매끄러운 전환을 시도하세요. 굽힘은 헤드 손실을 증가시키고 내부 유동 저항을 증가시킵니다. 불가피하다면 굽힘에서 부드러운 전환을 시도하여 열 발산을 향상시키고 압력 강하를 줄이십시오.
물론, 위의 최적화 설계를 수행할 때 시스템의 내부 유동 저항, 열 저항, 구조적 강도(표면 압력 등)가 프로젝트의 실제 요구 사항 및 제한 사항을 충족하는지 동시에 확인하고, 가능한 한 생산 및 처리의 실현 가능성과 비용을 고려해야 합니다. 원래 프로젝트를 기반으로 내부 방열 면적을 늘리고, 단면적을 줄이고, 회로를 늘려 수로를 최적화한다고 가정하고, 이론적 결과는 별도로 계산합니다. 분석 결과를 기반으로 여러 수로 설계 모델을 수립하고 필요한 환경에서 시뮬레이션을 수행합니다. 시뮬레이션 결과를 비교 및 분석하고, 실험 모델과 테스트를 수립하고, 가설 분석 및 수치 시뮬레이션 결과를 검증합니다. 모든 최적화 설계는 KENFA TECH의 엔지니어에게 문의할 수 있습니다.