तरल कूल्ड हीट सिंक प्रवाह चैनल का अनुकूलन

तरल ठंडा प्लेट का गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन मुख्य रूप से संवहनीय गर्मी हस्तांतरण गुणांक और गर्मी स्रोत के सतह के तापमान की एकरूपता से संबंधित है।

क्या तरल शीतलन प्लेट का ताप स्थानांतरण काफी तेज है, क्या सतह का तापमान एक समान है, और क्या स्थानीय तापमान में बड़ा अंतर है, ये सभी तरल शीतलन प्लेट के प्रदर्शन को आंकने के संकेतक हैं।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, बाजार पर जल-शीतित प्लेटों में आंतरिक प्रवाह चैनल पंखों का डिज़ाइन न केवल जल प्रवाह और गर्मी अपव्यय सतह के बीच संपर्क क्षेत्र को बढ़ाता है, बल्कि संवहनीय प्रवाह वेग को भी बढ़ाता है, जिससे संवहनीय गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ जाता है और यह गर्मी अपव्यय के लिए अधिक अनुकूल हो जाता है।

जल शीतलन प्लेट के अंदर प्रवाह चैनलों की चौड़ाई को समायोजित करके, संवहन ताप हस्तांतरण गुणांक को बढ़ाया जा सकता है। चौड़ाई जितनी संकरी होगी, शीतलक प्रवाह दर उतनी ही अधिक होगी, और प्राकृतिक संवहन ताप हस्तांतरण गुणांक उतना ही अधिक होगा। चैनल की चौड़ाई को सीधे बदलने के अलावा, संकीर्ण माइक्रोचैनल बनाने और गर्मी अपव्यय क्षेत्र को बढ़ाने के लिए चैनल में पंखों की कई परतें भी जोड़ी जा सकती हैं।
 

ऊष्मा स्रोत के सतही तापमान की एकरूपता में सुधार प्रवाह चैनल लेआउट डिज़ाइन को अनुकूलित करने से शुरू हो सकता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, चित्र 1 को अनुकूलित करने के बाद, चित्र 2 में तापमान अंतर 5% कम हो गया, जबकि ऊष्मा हस्तांतरण दक्षता 39% बढ़ गई। इसलिए, प्रक्रिया लेआउट डिज़ाइन को अनुकूलित करने से ऊष्मा हस्तांतरण को बढ़ाया जा सकता है और तापमान की एकरूपता में सुधार किया जा सकता है।

ऊष्मा अपव्यय सिमुलेशन

ANSYS वर्कबेंच प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करके लिक्विड कूलिंग प्लेटों के ताप अपव्यय का अनुकरण करने की पूरी प्रक्रिया पेश की जाएगी। निम्नलिखित विभिन्न चैनल संरचनाओं के साथ लिक्विड कूलिंग प्लेट्स A, B, C, और D के चार संस्करणों के सिमुलेशन परिणामों के माध्यम से लिक्विड कूलिंग प्लेटों के अनुकूलन डिज़ाइन की व्याख्या करेगा। सबसे पहले, हम नीचे की प्लेट तापमान क्लाउड मैप्स की तुलना करते हैं:

मॉडल से, हम देख सकते हैं कि ए-संस्करण तरल शीतलन प्लेट के पंख व्यापक और असंतत हैं; बी-संस्करण तरल शीतलन प्लेट के पंख संकीर्ण और असंतत हैं; सी-संस्करण तरल शीतलन प्लेट के पंख की चौड़ाई असमान है, चौड़े छोर और संकीर्ण मध्य के साथ, और असंतत भी है; डी-संस्करण तरल शीतलन प्लेट की एक संकीर्ण और निरंतर चौड़ाई है।

तापमान क्लाउड मैप की तुलना संबंधित बिंदु तापमान से करने पर, यह पाया जा सकता है कि चौथे संस्करण के लिक्विड कूलिंग प्लेट का तापमान IGBT बोर्ड के संपर्क भाग पर अपेक्षाकृत समान है। हालांकि अंतर महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन व्यापक फिन चौड़ाई वाले A और C का समग्र तापमान अभी भी संकीर्ण फिन चौड़ाई वाले B और D की तुलना में थोड़ा कम है। और कुल मिलाकर, C का तापमान प्रभाव सबसे अच्छा है, जबकि D में उच्च स्थानीय तापमान और सबसे खराब समग्र तापमान प्रभाव है (नीचे की प्लेट और कवर प्लेट के दूसरी तरफ के तापमान क्लाउड मैप भी समान परिणाम दिखाते हैं)। दृश्यमान तापमान पंखों की चौड़ाई से संबंधित है।

फिर प्रवाह चैनल के अंदर वेग क्लाउड मानचित्र की तुलना करें:

यह देखा जा सकता है कि व्यापक पंख चौड़ाई वाले चैनल ए और सी में प्रवाह वेग आम तौर पर संकीर्ण पंख चौड़ाई वाले चैनल बी और डी की तुलना में अधिक होता है। यह देखा जा सकता है कि पंख जितने चौड़े होंगे, पानी का प्रवाह वेग उतना ही तेज़ होगा और शीतलन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा।

हालांकि, पानी के प्रवाह के लिए भी कुछ जगह होनी चाहिए। A के प्रवाह चैनल के कोनों पर स्तंभों की उपस्थिति और पंखों की एक समान चौड़ाई के कारण, कुल प्रवाह वेग C से तेज़ है;

हालांकि, निरंतर पंख D में कुछ क्षेत्रों में अत्यंत कम या स्थिर प्रवाह वेग होता है, जबकि असंतत पंख A, B और C में ऐसी स्थिति नहीं होती है। इसलिए, वेग क्लाउड मैप के अनुसार, यह देखा जा सकता है कि A का प्रभाव बेहतर है, जबकि D का प्रभाव खराब है।

वेग सदिश अनुप्रस्थ काट आरेख के माध्यम से देखें और तुलना करें:

यह देखा जा सकता है कि डी के स्थानीय व्यवधान को छोड़कर, अन्य तीन जल शीतलन प्लेट के प्रवाह चैनलों में वेग वेक्टर बहुत निरंतर और सामान्य हैं। इसलिए असंतत पंखों का परिणाम निरंतर पंखों की तुलना में बेहतर है।
इसके अलावा, अन्य पोस्ट-प्रोसेसिंग छवियों का उपयोग अन्य भौतिक मात्राओं का निरीक्षण करने और उनका विश्लेषण, तुलना और अनुकूलन करने के लिए किया जा सकता है, जिसका आगे यहाँ वर्णन नहीं किया जाएगा। उपरोक्त तीन विश्लेषणों के आधार पर, यह देखा जा सकता है कि A और C अपेक्षाकृत अच्छे हैं, लेकिन वास्तविक प्रसंस्करण स्थिति और लागत को देखते हुए आगे समायोजन किए जाने की आवश्यकता है।

सारांश
यह उदाहरण मुख्य रूप से अनुकूलन के लिए पंखों की चौड़ाई और आकार में अंतर का उपयोग करता है, और निश्चित रूप से, प्रवाह चैनल और अन्य डिज़ाइनों की चौड़ाई और आकार को भी अनुकूलन के लिए बदला जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्वाभाविक रूप से अलग-अलग परिणाम प्राप्त होते हैं। हालाँकि, डिज़ाइन की परवाह किए बिना, प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और लागतों के प्रभाव पर भी विचार किया जाना चाहिए।

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