Что такое тепловые трубки и какие характеристики делают их полезными для охлаждения электроники?
Тепловые трубы, сверхпроводники
Тепловые трубы представляют собой транспортные механизмы, способные переносить тепловые потоки мощностью от 10 Вт/см 2 до 20 кВт/см 2 с очень большой скоростью. По существу, их можно рассматривать как сверхпроводники тепла. Тепловые трубы можно использовать либо как средство для передачи тепла из одного места в другое, либо как средство для изотермического распределения температуры.
Первая тепловая трубка была испытана в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1963 году. С тех пор тепловые трубки использовались в таких разнообразных устройствах, как портативные компьютеры, космические корабли, машины для литья пластмасс под давлением, медицинские устройства и системы освещения. Работа тепловой трубки описана на рисунке 1.
Рисунок 1. Схематическое изображение тепловой трубки [1].
Тепловая труба состоит из трех секций: испарительной, адиабатической и конденсаторной. Внутренняя часть трубы покрыта фитилем, а труба частично заполнена
жидкость, такая как вода. Когда секция испарителя (L) подвергается воздействию источника тепла, жидкость внутри испаряется, и давление в этой секции увеличивается. Повышенное давление заставляет пар течь с большой скоростью к конденсаторной секции тепловой трубы (L). Пар в секции конденсатора отдает тепло встроенному радиатору и снова превращается в жидкость за счет передачи скрытой теплоты парообразования конденсатору. Затем жидкость перекачивается обратно в испаритель за счет капиллярного действия фитиля. Средняя часть
тепловой трубы (La), адиабатическая часть, имеет очень маленькую разность температур.
Рис. 2. Распределение перепада давления в тепловой трубе [1].
На рис. 2 показано распределение перепада давления внутри тепловой трубы. Чтобы капиллярная сила гнала пар, капиллярное давление фитиля должно превышать разницу давлений между паром и жидкостью в испарителе.
График также показывает, что если тепловая трубка работает против силы тяжести, жидкость подвергается большему падению давления. Результат
— меньшая прокачка фитиля с пониженной теплоотдачей. Величина снижения теплопередачи зависит от конкретной тепловой трубы.
Рисунок 3. Различные конструкции фитиля
Типичная тепловая трубка состоит из следующих материалов:
1. Металлическая труба Металл может быть из алюминия, меди или нержавеющей стали. Он должен быть совместим с рабочей жидкостью, чтобы предотвратить химические реакции, такие как окисление.
2. Рабочая жидкость На сегодняшний день используется несколько типов жидкостей. К ним относятся метан, вода, аммиак и натрий. Выбор жидкости также зависит от
Диапазон рабочих температур.
3. Фитиль Структура фитиля бывает различной формы и из разных материалов. На рис. 3 показаны профили распространенных типов фитилей: осевой канавки, тонкого волокна, ситовой сетки и спекания.
Каждый фитиль имеет свои особенности. Например, осевая канавка имеет хорошую проводимость, плохой поток против силы тяжести и низкое тепловое сопротивление. И наоборот, фитиль для спекания имеет отличную текучесть в направлении, противоположном силе тяжести, но имеет высокое термическое сопротивление.
Таблица 1. Тепловые трубы различной конструкции и условия эксплуатации [1] В таблице 1 приведены экспериментальные данные по рабочей температуре и теплопередаче для трех различных типов тепловых труб [1].
Некоторые факторы могут ограничивать максимальную скорость теплопередачи от тепловой трубки.
Они классифицируются следующим образом:
1. Капиллярный предел Теплопередача ограничивается насосным действием фитиля.
2. Звуковой предел Когда пар достигает скорости звука, дальнейшее увеличение скорости теплопередачи может быть достигнуто только при увеличении температуры испарителя
.
3. Предел кипения Высокие тепловые потоки могут вызвать высыхание.
4. Предел уноса Высокая скорость пара может препятствовать возврату жидкости в конденсат.
Эффективная теплопроводность тепловой трубы намного выше, чем у очень хорошего металлического проводника, такого как медь. На рис. 4 показаны медно-водяная тепловая трубка и медная трубка, погруженная в водяную баню с температурой 80°C. Обе трубы изначально находились при температуре 20°C. Температура тепловой трубки достигает температуры воды примерно за 25 секунд, а медный стержень достигает температуры всего 30°C за 200 секунд. Однако в реальных условиях, когда тепловая трубка припаяна или приклеена эпоксидной смолой к основанию радиатора, эффективная теплопроводность тепловой трубки может резко снизиться из-за дополнительных тепловых сопротивлений, добавляемых соединением. Эмпирическое правило для эффективной теплопроводности тепловой трубы составляет 4000 Вт/мК.
Рис.
4. Эксперимент по сравнению скорости теплопередачи между тепловой трубой и медной трубой [1].
Производители тепловых труб обычно предоставляют таблицы данных, показывающие взаимосвязь между температурным перепадом и подводимой теплотой. На рис. 5 показана разница температур между двумя концами тепловой трубы в зависимости от мощности [2].
Рис. 5. Разница температур между испарителем и конденсатором в тепловой трубе [2].
Рисунок 6. Типичные круглые тепловые трубки на рынке.
На рынке представлено множество форм тепловых трубок, но наиболее распространенными являются круглые или плоские. Круглые тепловые трубы могут использоваться для передачи тепла из одной точки в другую. Их можно применять в плотно расположенных электронных компонентах, например, в ноутбуке. Тепло передается в другое место, где достаточно места для использования надлежащего радиатора или другого решения для охлаждения. На рис. 6 показаны некоторые распространенные круглые тепловые трубки, доступные на рынке.
Плоские тепловые трубки (парокамеры) концептуально работают так же, как и круглые тепловые трубки. На рис. 7 показана конструкция плоских труб, их можно использовать в качестве распределителей тепла. Когда источник тепла намного меньше основания радиатора, плоская тепловая трубка может быть встроена в основание радиатора или прикреплена к основанию для более равномерного распределения тепла по основанию радиатора. На рис. 8 показаны некоторые распространенные плоские тепловые трубки.
Рис. 7. Концептуальная схема плоской тепловой трубы [1].
Рис. 8. Обычно используемые плоские тепловые трубки.
Хотя испарительная камера может быть полезной для минимизации сопротивления растеканию, она может работать не так хорошо, как пластина, изготовленная из проводника с очень высокой толщиной, например из алмаза. Определяющим фактором является толщина опорной плиты. На рис. 9 показано сопротивление растеканию плиты основания 80 x 80 x 5 мм из различных материалов с источником тепла 10 x 10 мм.
Испарительная камера имеет сопротивление растеканию лучше, чем у меди, но хуже, чем у алмаза. Однако цена бриллианта может не оправдать его применение. Рисунок 9также включает сопротивление растеканию
от принудительного теплового распределителя ATS (FTS), которое равно сопротивлению алмаза при гораздо более низкой цене. В FTS используется комбинация мини- и микроканалов
для минимизации сопротивления растеканию за счет циркуляции жидкости внутри распределителя.
Рис. 9. Сопротивление тепловому распространению для различных материалов. [3] – ATS
Тепловые трубы играют очень важную роль в управлении температурным режимом. С прогнозируемой продолжительностью жизни 129200 000–260 000 часов (как заявляют их производители), они по-прежнему будут неотъемлемой частью некоторых новых тепловых систем. Тем не менее, при таких проблемах, как высыхание, ускорение, утечка, паровая пробка и надежность работы в средах типов ETSI или NEBS, тепловые трубы должны быть протестированы перед использованием и после неудовлетворительных испытаний других методов охлаждения.
Ссылки:
1. Faghri, A. Наука и технология тепловых труб Taylor & Francis, 1995.
2. Thermacore International, Inc., www.thermacore.com.
3. Xiong, D., Azar, K., Tavossoli, B., Experimental Study on a Hybrid Liquid/Air Cooling System, IEEE, Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium 2006.
Эта запись была размещена в Thermal, Термальная смазка, Новости тепловой промышленности, управление температурным режимом и маркированная адиабатика, передовые тепловые решения, конденсатор, испаритель, тепловая труба, крепление радиатора, теплопередача, спеченный фитиль, сверхпроводник, теплопроводность, управление температурным режимом, теплопередача, испаритель. Добавьте постоянную ссылку в закладки.
4 Характеристики труб из полиэтилена высокой плотности
Новости
Компания Plastech Plus Inc., ведущий поставщик буровых растворов , полимеров, труб из ПВХ и материалов для отбора проб грунта, полностью привержена тому, чтобы помочь вашей компании справиться с самыми сложными задачами в этой области.
ВОПРОСЫ? ПОЗВОНИТЕ НАМ!
1 800 661-6443
11 декабря 2017 г.
Прежде чем вы сможете понять преимущества трубы из полиэтилена высокой плотности (HDPE) , вам необходимо понять, что это такое и чем она отличается от других труб, представленных на рынке. HDPE — это термопластиковая труба , которая на самом деле не известна по сравнению с традиционными вариантами, такими как железо, ПВХ и бетон. Тем не менее, он используется уже более 50 лет. Труба из полиэтилена высокой плотности изготавливается с использованием материалов, которые были переплавлены и изменены, в результате чего получается прочный, гибкий и прочный материал
Трубы из полиэтилена высокой плотности используются для подачи питьевой воды, сточных вод, опасных отходов, химикатов и сжатых газов . Он уже давно является предпочтительным материалом в нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности, и его популярность продолжает расти.
Использование трубы из полиэтилена высокой плотности дает много преимуществ, в этой статье мы представляем вам четыре основных!
1. Коррозионная стойкостьКоррозия является одной из самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются металлические трубопроводы, и ее ремонт может быть чрезвычайно дорогостоящим. Поскольку трубы из полиэтилена высокой плотности не ржавеют, не гниют и не разлагаются , он не так подвержен коррозии и, следовательно, значительно продлевает срок службы трубы.
2. Эффективные и эффективные соединения Трубы из ПНД соединяются методом сварки плавлением. Это, по сути, нагрев двух поверхностей трубы вместе, когда они охлаждаются, они образуют постоянную монолитную систему. Колокола, патрубки и механические соединения не нужны, , что снижает стоимость системы . Кроме того, одно исследование показало, что штаты сообщают в среднем о потерях 16% воды из-за негерметичных соединений .
Поскольку трубы из ПЭВП соединяются с помощью термической сварки, они постоянно герметичны !
Традиционные системы требуют выкапывания большой канавы для правильной прокладки труб. В то время как трубы ПНД могут быть установлены таким способом, они также могут быть установлены с помощью бестраншейной прокладки. При этом машина горизонтального направления выкапывает в земле непрерывную яму, через которую затем протягивается труба. Этот метод позволяет гораздо меньше разрушать землю , что делает его популярным выбором вблизи рек, озер и дорог с интенсивным движением.
4. ЭкологичностьТрубы из ПЭВП на меньше воздействуют на окружающую среду , чем другие трубы. Некоторые из экологических преимуществ включают:
- Меньше энергии, используемой для производства труб;
- Легкий и экономичный в транспортировке;
- Тепловой сплав, предотвращающий любую утечку;
- Трубопровод может быть переработан в трубы без давления; и
- Меньшее нарушение грунта благодаря бестраншейной прокладке.
