Bài viết này chủ yếu giới thiệu những kiến thức cơ bản về thiết kế nhiệt của thiết bị điện tử, và các nhà thiết kế nhiệt nên làm quen với những kiến thức cơ bản này nếu muốn tiến hành phân tích nhiệt hoặc trở thành nhà thiết kế tản nhiệt điện tử có trình độ. Chỉ người thiết kế nắm vững kiến thức cơ bản về dẫn nhiệt, tùy theo chế độ làm việc của thiết bị và lượng nhiệt sinh ra, mới có thể thiết kế một hoặc một số chế độ làm mát dẫn nhiệt phù hợp cho khu công nghiệp, đáp ứng nhu cầu dẫn nhiệt của thiết bị công nghiệp.
Từ khóa
Chế độ truyền nhiệt
phương trình bảo toàn khối lượng
Phương pháp thiết kế và quy trình tản nhiệt của thiết bị gia nhiệt
Làm mát tự nhiên
Làm mát thông gió cưỡng bức
Làm mát bằng chất lỏng trực tiếp
Tấm làm mát chất lỏng gián tiếp
Nội dung bài viết
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng nhiệt luôn tự phát và không thuận nghịch, từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp, tức là chỉ cần có sự chênh lệch nhiệt độ thì nhiệt sẽ tự động truyền từ nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp, hình thành sự trao đổi nhiệt. Có ba hình thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Chúng có thể xuất hiện một mình hoặc dưới hai hoặc ba hình thức cùng một lúc.
Sự bảo toàn khối lượng trong chuyển động của chất lỏng có nghĩa là tổng khối lượng của chất lỏng chảy qua một không gian nhất định không đổi và mọi bài toán về dòng chảy đều phải thỏa mãn định luật bảo toàn khối lượng. Phương trình liên tục của cơ quan điều khiển là:
Định luật bảo toàn động lượng là một trong những định luật bảo toàn phổ biến và quan trọng nhất trong tự nhiên. Nó áp dụng cho cả các vật thể vĩ mô và các hạt vi mô. Nó phù hợp cho cả vật thể chuyển động tốc độ thấp và vật thể chuyển động tốc độ cao. Nó áp dụng cho cả hệ thống bảo thủ và không bảo thủ. Định luật bảo toàn động lượng là một định luật cơ bản mà mọi hệ chuyển động, kể cả hệ chuyển động, đều phải tuân theo khi nó không chịu tác dụng của ngoại lực. Phương trình này có thể được hiểu là: tổng lực tác dụng lên chất lỏng trong vật thể điều khiển bằng lượng động lượng tích lũy thoát ra khỏi vật thể điều khiển trong một đơn vị thời gian trừ đi động lượng đi vào vật thể điều khiển trong một đơn vị thời gian cộng với động lượng của chất lỏng trong vật điều khiển. cơ thể trong một đơn vị thời gian. Phương trình động lượng của vật điều khiển là:
Thiết kế tản nhiệt và dẫn nhiệt là một khía cạnh quan trọng của thiết kế độ tin cậy của thiết bị. Thiết bị điện tử miễn là điện có nhiệt, là nguồn nhiệt, nhiệt sinh ra bằng với sự tiêu tán năng lượng. Công suất tiêu tán (công suất sưởi) là cơ sở của thiết kế nhiệt và có thể được xác định bằng các tính toán thực nghiệm và lý thuyết. Nói chung, tăng hệ số an toàn, giá trị bảo toàn, thích hợp cao hơn. Thiết kế tản nhiệt thường được thiết kế trong những điều kiện khắc nghiệt nhất: nhiệt độ môi trường cao nhất và khả năng tản nhiệt tối đa. Nhìn chung, việc thiết kế tản nhiệt và dẫn nhiệt của thiết bị điện tử phải tuân thủ các khía cạnh và bước sau:
（1)Xác định diện tích tản nhiệt của thiết bị sưởi, phạm vi giới hạn nhiệt độ môi trường của bộ tản nhiệt hoặc môi trường không khí xung quanh;
（2) Xác định mật độ đối lưu và chế độ tiêu tán nhiệt;
（3) Tiến hành phân tích ứng suất trên một số bộ phận làm nóng chính, xác định nhiệt độ và mức tiêu thụ điện năng tối đa cho phép của chúng, đồng thời phân tích tỷ lệ hỏng hóc của chúng theo mối quan hệ nhiệt độ;
（4) Tính mật độ nhiệt theo phương pháp lắp đặt thiết bị gia nhiệt và toàn bộ thiết bị;
（5) Nhiệt độ làm việc tối đa của bề mặt được xác định bởi điện trở nhiệt bên trong của thiết bị;
（6) Tính tổng giá trị rào cản nhiệt giữa thiết bị và bề mặt tản nhiệt cuối cùng;
（7) Tính toán và phân bổ rào cản nhiệt theo phép đo sinh nhiệt và các yếu tố khác, đồng thời đánh giá nó để xác định chế độ dẫn nhiệt và chế độ làm mát
Làm mát tự nhiên được đặt là hoạt động đơn lẻ của tản nhiệt, đối lưu và truyền nhiệt bức xạ hoặc kết hợp nhiều hơn hai hình thức truyền nhiệt, ưu điểm là độ tin cậy cao, chi phí thấp. Việc làm mát tự nhiên bị ảnh hưởng rất nhiều bởi môi trường bên ngoài, dễ dẫn nhiệt trên đường dẫn nhiệt, làm tăng khả năng cản dẫn nhiệt, do đó làm giảm tốc độ truyền nhiệt của không khí và liều lượng dòng khí. Vì vậy, trong trường hợp có nhiễu từ môi trường bên ngoài thiết bị thì phương pháp làm mát này là phương pháp làm mát tương đối đơn giản, hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Nó không yêu cầu thiết bị chuyển chất làm mát như quạt hoặc bơm chuyển và tránh các vấn đề về độ tin cậy của hệ thống do hao mòn hoặc hỏng hóc của các bộ phận thiết bị. Vì vậy, nên ưu tiên các phương pháp làm mát tự nhiên.
Trong làm mát không khí cưỡng bức, thiết bị điện tử tích hợp cường độ cao và nhiều nhiệt hơn không thể dựa vào thiết bị làm mát gió tự nhiên được sử dụng nhiều hơn vì nó có tốc độ đối lưu cao hơn và lưu lượng lớn hơn không khí trong làm mát tự nhiên và một số thiết bị khác So sánh chế độ dẫn nhiệt của chế độ làm mát cưỡng bức, chế độ làm mát này có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, bảo trì dễ dàng.
Cái mà chúng ta gọi là làm mát trực tiếp bằng chất lỏng là bộ phận làm nóng của các linh kiện điện tử của thiết bị tiếp xúc trực tiếp với chất làm mát để trao đổi nhiệt. Các bộ phận làm nóng truyền nhiệt sinh ra đến chất làm mát, do đó nhiệt giảm và nhiệt độ của chất làm mát tăng, sau đó nhiệt dư thừa sẽ bị chất làm mát mất đi. Phương pháp làm mát này phù hợp với các thiết bị có mật độ nhiệt cao hoặc mật độ tích hợp cao của các linh kiện điện tử. Phương pháp làm mát cần đặc tính cao của các bộ phận làm nóng và chất làm mát. Chất làm mát phải đáp ứng các yêu cầu về điểm sôi cao, không phân hủy, không bay hơi và các đặc tính khác ở nhiệt độ làm việc của thiết bị điện tử, đồng thời phải đáp ứng yêu cầu chất làm mát không ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị.
Làm mát bằng chất lỏng gián tiếp, thường được gọi là làm mát bằng chất lỏng gián tiếp, dùng để chỉ chất làm mát không tiếp xúc trực tiếp với các bộ phận điện tử làm nóng mà thông qua tấm đế thiết bị bên ngoài và các mô-đun trung gian khác của các bộ phận làm nóng để tiếp xúc với nhiệt sinh nhiệt với chất làm mát gián tiếp , chất lỏng làm mát sau khi nóng lên và sau đó qua bề mặt tổn thất chất làm mát để đạt được mục đích làm mát gián tiếp. Thiết kế hệ thống làm mát bằng chất lỏng gián tiếp chủ yếu yêu cầu đường dẫn nhiệt tốt giữa nguồn nhiệt và môi trường trung gian để giảm điện trở tiếp xúc nhiệt càng nhiều càng tốt. Trong phương pháp này, chất làm mát không tiếp xúc trực tiếp với các linh kiện điện tử, điều này có thể làm giảm ô nhiễm của thiết bị điện tử và yêu cầu về chất làm mát cao hơn chất lỏng làm mát trực tiếp và việc bảo trì rất đơn giản.
