O desempenho de transferência de calor da placa resfriada a líquido está relacionado principalmente ao coeficiente de transferência de calor convectivo e à uniformidade da temperatura da superfície da fonte de calor.
Se a transferência de calor da placa resfriada a líquido é rápida o suficiente, se a temperatura da superfície é uniforme e se há uma grande diferença de temperatura local são todos indicadores para julgar o desempenho da placa de resfriamento a líquido.
Conforme mostrado na figura, o design das aletas do canal de fluxo interno em placas resfriadas a água no mercado não apenas aumenta a área de contato entre o fluxo de água e a superfície de dissipação de calor, mas também aumenta a velocidade do fluxo convectivo, aumentando assim o coeficiente de transferência de calor convectivo e tornando-o mais propício à dissipação de calor.
Ao ajustar a largura dos canais de fluxo dentro da placa de resfriamento de água, o coeficiente de transferência de calor convectivo pode ser aprimorado. Quanto mais estreita a largura, maior a taxa de fluxo do refrigerante e maior o coeficiente natural de transferência de calor convectivo. Além de alterar diretamente a largura do canal, várias camadas de aletas também podem ser adicionadas ao canal para formar microcanais mais estreitos e aumentar a área de dissipação de calor.
Melhorar a uniformidade da temperatura da superfície da fonte de calor pode começar com a otimização do design do layout do canal de fluxo. Conforme mostrado na figura, após otimizar a Figura 1, a diferença de temperatura na Figura 2 diminuiu em 5%, enquanto a eficiência da transferência de calor aumentou em 39%. Portanto, otimizar o design do layout do processo pode melhorar a transferência de calor e melhorar a uniformidade da temperatura.
Simulação de Dissipação de Calor
Todo o processo de simulação da dissipação de calor de placas de resfriamento líquido usando a plataforma ANSYS Workbench será introduzido. O seguinte explicará o design de otimização de placas de resfriamento líquido por meio dos resultados de simulação de quatro versões de placas de resfriamento líquido A, B, C e D com diferentes estruturas de canal. Primeiramente, comparamos os mapas de nuvem de temperatura da placa inferior:
No modelo, podemos ver que as aletas da placa de resfriamento líquido da versão A são mais largas e descontínuas; As aletas da placa de resfriamento líquido da versão B são estreitas e descontínuas; A largura das aletas da placa de resfriamento líquido da versão C é irregular, com extremidades largas e meio estreito, e também descontínuas; A placa de resfriamento líquido da versão D tem uma largura estreita e contínua.
Comparando o mapa de nuvem de temperatura com a temperatura do ponto correspondente, pode-se descobrir que a temperatura da placa de resfriamento líquido da quarta versão é relativamente uniforme na parte de contato da placa IGBT. Embora a diferença não seja significativa, a temperatura geral de A e C com larguras de aletas mais largas ainda é ligeiramente menor do que a de B e D com larguras de aletas mais estreitas. E, no geral, C tem o melhor efeito de temperatura, enquanto D tem altas temperaturas locais e o pior efeito geral de temperatura (os mapas de nuvem de temperatura do outro lado da placa inferior e da placa de cobertura também mostram resultados semelhantes). A temperatura visível está relacionada à largura das aletas.
Em seguida, compare o mapa de nuvem de velocidade dentro do canal de fluxo:
Pode-se observar que a velocidade do fluxo nos canais A e C com larguras de aletas maiores é geralmente maior do que nos canais B e D com larguras de aletas menores. Pode-se observar que quanto mais largas as aletas, mais rápida é a velocidade do fluxo da água e melhor é o efeito de resfriamento.
No entanto, também deve haver algum espaço para o fluxo de água. Devido à presença de colunas nos cantos do canal de fluxo de A e à largura uniforme das aletas, a velocidade geral do fluxo é mais rápida do que C;
No entanto, as aletas contínuas D têm velocidade de fluxo extremamente baixa ou mesmo estagnada em algumas áreas, enquanto as aletas descontínuas A, B e C não têm tal situação. Portanto, de acordo com o mapa de nuvem de velocidade, pode-se ver que A tem um efeito melhor, enquanto D tem um efeito pior.
Observe e compare através do diagrama transversal do vetor velocidade:
Pode-se ver que, exceto pela interrupção local de D, os vetores de velocidade nos canais de fluxo das outras três placas de resfriamento de água são muito contínuos e normais. Então, o resultado de aletas descontínuas é melhor do que o de aletas contínuas.
Além disso, outras imagens de pós-processamento podem ser usadas para observar outras quantidades físicas e analisá-las, compará-las e otimizá-las, o que não será descrito aqui. Com base nas três análises acima, pode-se ver que A e C são relativamente boas, mas ajustes adicionais precisam ser feitos considerando a situação real de processamento e o custo.
Resumo
Este exemplo utiliza principalmente as diferenças na largura e no formato das aletas para otimização e, claro, a largura e o formato do canal de fluxo e outros designs também podem ser alterados para otimização, resultando naturalmente em resultados diferentes. No entanto, independentemente do design, o impacto dos procedimentos de processamento e custos também deve ser considerado.
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