El sistema de refrigeración líquida completo incluye componentes como placas de refrigeración líquida, medios de refrigeración líquida, bombas, tuberías de agua y radiadores. En términos generales, las propiedades termofísicas de los fluidos de trabajo de refrigeración líquida más utilizados se muestran en la siguiente tabla:
De la tabla anterior se desprende que la selección del medio de refrigeración líquida tiene un impacto fijo en la eficiencia de disipación de calor de todo el sistema. Sin cambiar otras condiciones, se debe dar prioridad a los medios que cumplan con los requisitos ambientales (altitud, temperatura ambiente, etc.) y que tengan un bajo coste. Sin embargo, la placa de refrigeración líquida también es una parte importante del sistema de disipación de calor de refrigeración líquida, que es el componente de intercambio de calor del sistema de refrigeración líquida. Tiene una estructura de ranura de intercambio de calor interna, es decir, el canal de flujo. Las diferencias en el diseño del canal de flujo interno tienen un impacto significativo en la eficiencia de transferencia de calor de todo el sistema, y hay variables significativas involucradas. Por tanto, no analizaremos el medio de refrigeración líquida. Tomemos el agua pura como ejemplo para analizar las ideas de diseño y optimización del canal de flujo de la placa de refrigeración líquida.
En el diseño estructural de las placas de refrigeración líquida, se deben considerar los siguientes puntos:
Requisitos de rendimiento de transferencia de calor: Bajo el ajuste del caudal y la diferencia de temperatura del agua de entrada y salida, lograr el objetivo de aumento de temperatura de la fuente de calor, así como el objetivo de resistencia térmica del radiador y los requisitos para su rendimiento de transferencia de calor; Resistencia y
Requisitos de presión: Algunos proyectos pueden requerir instrucciones especiales sobre la presión superficial y la situación de tensión general de la placa fría líquida debido al entorno de uso y a los requisitos de instalación dentro del sistema.
Requisitos anticorrosión: El flujo prolongado del medio de refrigeración líquida en el canal se verá afectado por las altas temperaturas, lo que agravará el daño a los materiales metálicos, incluso provocará obstrucciones, y afectará la eficiencia de la disipación de calor;
Requisitos de prevención de fugas: El diseño de la placa de cubierta, las caras de los extremos superior e inferior, las tiras de sellado e incluso los métodos de soldadura por fricción-agitación o soldadura fuerte pueden lograr medidas de prevención de fugas; Requisitos de bajo costo: Reducir los costos causados por la presión de la bomba, las horas de trabajo, etc., desde las dimensiones de la viabilidad de producción y procesamiento, la selección de materiales, la complejidad del proceso, la resistencia al flujo, la resistencia térmica, etc. Para cumplir con los requisitos anteriores, se deben realizar consideraciones de diseño integrales desde los materiales, el diseño estructural, los métodos de fabricación y otros aspectos.
El material de la placa de refrigeración líquida afecta el rendimiento de transferencia de calor entre el canal y el agua de refrigeración. El uso de materiales con alta conductividad térmica para fabricar la placa de refrigeración líquida puede reducir eficazmente la resistencia térmica general del sistema. Las propiedades de los materiales comunes representados por el aluminio y el cobre se muestran en la siguiente tabla:
La aleación de aluminio, como material de disipación de calor más utilizado, presenta ventajas como alta conductividad térmica, baja densidad, buen rendimiento de procesamiento, buena resistencia a la corrosión y buenas propiedades físico-mecánicas. El proceso anticorrosión de los perfiles de aluminio está consolidado, lo que garantiza el uso fiable a largo plazo de las placas refrigeradas por agua. Los materiales utilizados para disipadores de calor de aluminio en productos electrónicos son las series 50 y 60, como AL5051606016063, que poseen buena conductividad térmica, resistencia a la corrosión y rendimiento de procesamiento. Son adecuados para el anodizado y el mecanizado CNC de canales de flujo complejos.
La investigación aquí se centra en las ideas y métodos para diseñar y optimizar los canales de flujo de placas enfriadas por agua bajo la premisa de determinar el caudal de agua y los requisitos básicos de caída de presión. Los estilos básicos de canales de flujo de placas enfriadas por líquido se dividen principalmente en canales planos, en forma de W, circulares, cilíndricos, en espiral de Arquímedes, etc. A continuación se presentan breves explicaciones de acuerdo con el diagrama.
Una placa de refrigeración líquida con canal de flujo plano presenta varias características clave. Ofrece un flujo uniforme y constante. Su diseño permite una transferencia de calor eficiente gracias al buen contacto con el refrigerante. Su estructura suele ser sencilla, lo que facilita su fabricación, y proporciona una refrigeración fiable en diversas aplicaciones. Como se muestra en la figura anterior, la entrada y la salida tienen una estructura simple en ambos lados.
La placa fría líquida, con un canal de flujo en forma de W , ofrece numerosas ventajas en la refrigeración de fluidos. Estructuralmente, el canal de flujo en forma de W aumenta la superficie de contacto entre el fluido y la placa fría, extendiendo la trayectoria del flujo. Esto permite una absorción de calor más completa y mejora la eficiencia del intercambio térmico. En cuanto al flujo de fluido, puede generar un estado de flujo más complejo, reducir el flujo laminar, aumentar la turbulencia y lograr una transferencia de calor más uniforme y rápida. Este diseño reduce eficazmente el riesgo de sobrecalentamiento localizado y proporciona un funcionamiento más estable a todo el sistema de refrigeración, lo que resulta idóneo para aplicaciones con altos requisitos de disipación de calor.
El canal de flujo anular de la placa de refrigeración líquida presenta varias ventajas. En primer lugar, su estructura anular permite la circulación del refrigerante, formando un circuito de refrigeración estable y continuo que garantiza una disipación de calor uniforme. Esta transferencia de calor uniforme previene el sobrecalentamiento localizado y protege los componentes electrónicos y demás equipos en contacto con la placa. Además, el canal de flujo anular regulariza el flujo del refrigerante, reduciendo la inestabilidad causada por la turbulencia y la resistencia del fluido, lo que optimiza el proceso de refrigeración. Asimismo, su diseño es relativamente sencillo, lo que facilita su procesamiento y fabricación, además de reducir los costos.
La placa de refrigeración líquida adopta las características del canal de flujo en espiral de Arquímedes , que disipa el calor de manera eficiente. La forma espiral alarga el recorrido del líquido refrigerante en el canal y aumenta la superficie de contacto, lo que permite una absorción total del calor, un intercambio térmico eficiente y una reducción efectiva de la temperatura. Desde el punto de vista de la mecánica de fluidos, facilita el flujo suave del refrigerante, reduce la turbulencia y las fluctuaciones locales de velocidad, disminuyendo así el ruido del fluido y la pérdida de presión.
Mediante diversas combinaciones, se pueden lograr muchos efectos inesperados. Nuestros ingenieros recopilarán el análisis térmico de estos canales para nuestra referencia en el futuro. Para el diseño de estos canales, también existen varios diseños típicos de canales refrigerados por agua. Echemos un vistazo a las ideas de diseño optimizadas para ellos.
Adición de circuitos: Tras la planificación preliminar del diseño del canal de flujo de líquido, la simulación numérica reveló que la eficiencia de disipación de calor no cumplía con los requisitos y que la resistencia térmica era alta. En este caso, se puede considerar la adición de circuitos, como cambiar de un ciclo simple a un ciclo doble, o incluso más, para mejorar la transferencia de calor;
Aumento de la superficie de disipación de calor: Si el espacio estructural interno lo permite, se pueden añadir nervaduras cilíndricas o cuadradas dentro del canal de flujo para optimizarlo de forma escalonada o secuencial;
Optimizar la velocidad del flujo de agua interno: Cuando el área de la sección transversal de la entrada es constante, cuanto mayor sea el área de la sección transversal del canal de flujo de agua interno, menor será su velocidad, lo que no favorece una transferencia de calor rápida. Por supuesto, no basta con reducir simplemente el área de la sección transversal para promover la velocidad del flujo, ya que esto provocará un aumento de la resistencia al flujo;
Área de enfriamiento de agua equilibrada: Procure cubrir de manera uniforme la superficie de contacto de la fuente de calor con el canal de flujo. En casos especiales en los que el área y el espacio son pequeños, el canal de agua en espiral de Arquímedes es una buena opción; Cómo evitar cortocircuitos: Cuando la entrada y la salida están muy cerca, a menudo se utiliza la estructura de nervadura del diseño de la vía de agua para extender la vía de agua y distribuirla directamente debajo de la fuente de calor, evitando el flujo de agua directo desde la entrada a la salida;
Evite el flujo excesivo de agua: En situaciones en las que la distribución de las fuentes de calor es relativamente especial, como en el caso de la estratificación vertical, el concepto general de diseño puede ser un canal de flujo, de abajo hacia arriba o de arriba hacia abajo, pero puede provocar un aumento de la diferencia de temperatura entre los extremos trasero y delantero. En este caso, se puede considerar la refrigeración separada por estratificación;
Intente minimizar las curvas y tener transiciones suaves: Las curvas aumentan la pérdida de carga y mejoran la resistencia al flujo interno. Si es inevitable, intente tener transiciones suaves en las curvas para mejorar la disipación de calor y reducir la caída de presión.
Por supuesto, al realizar el diseño de optimización anterior, es necesario confirmar simultáneamente si la resistencia al flujo interno, la resistencia térmica, la resistencia estructural (presión superficial, etc.) del sistema cumplen con los requisitos y limitaciones reales del proyecto, al tiempo que se considera la viabilidad de producción y procesamiento tanto como sea posible, así como el costo. Sobre la base del proyecto original, asumiendo que la vía fluvial se optimiza aumentando el área de disipación de calor interna, reduciendo el área de la sección transversal y aumentando el circuito, los resultados teóricos se calculan por separado; Con base en los resultados del análisis, establezca múltiples modelos de diseño de vías fluviales y realice la simulación en el entorno requerido. Compare y analice los resultados de la simulación, establezca modelos y pruebas experimentales y verifique los resultados del análisis de hipótesis y la simulación numérica. Nuestros ingenieros de KENFA TECH pueden contactar cualquier diseño de optimización.
