Les performances de transfert de chaleur d'une plaque refroidie par liquide sont principalement liées au coefficient de transfert de chaleur par convection et à l'uniformité de la température de surface de la source de chaleur.
Le fait que le transfert de chaleur de la plaque refroidie par liquide soit suffisamment rapide, que la température de surface soit uniforme et qu'il existe une grande différence de température locale sont autant d'indicateurs permettant de juger des performances de la plaque de refroidissement par liquide.
Comme le montre la figure, la conception des ailettes du canal d'écoulement interne dans les plaques refroidies par eau sur le marché augmente non seulement la surface de contact entre le flux d'eau et la surface de dissipation thermique, mais augmente également la vitesse d'écoulement convectif, augmentant ainsi le coefficient de transfert de chaleur convective et le rendant plus propice à la dissipation thermique.
En ajustant la largeur des canaux d'écoulement à l'intérieur de la plaque de refroidissement par eau, le coefficient de transfert de chaleur par convection peut être amélioré. Plus la largeur est étroite, plus le débit du liquide de refroidissement est élevé et plus le coefficient de transfert de chaleur par convection naturelle est élevé. En plus de modifier directement la largeur du canal, plusieurs couches d'ailettes peuvent également être ajoutées au canal pour former des microcanaux plus étroits et augmenter la zone de dissipation de chaleur.
L'amélioration de l'uniformité de la température de surface de la source de chaleur peut commencer par l'optimisation de la conception de l'agencement des canaux d'écoulement. Comme le montre la figure, après l'optimisation de la figure 1, la différence de température de la figure 2 a diminué de 5 %, tandis que l'efficacité du transfert de chaleur a augmenté de 39 %. Par conséquent, l'optimisation de la conception de l'agencement du processus peut améliorer le transfert de chaleur et améliorer l'uniformité de la température.
Simulation de la dissipation de chaleur
L'ensemble du processus de simulation de la dissipation thermique des plaques de refroidissement liquide à l'aide de la plateforme ANSYS Workbench sera présenté. Ce qui suit expliquera la conception d'optimisation des plaques de refroidissement liquide à travers les résultats de simulation de quatre versions de plaques de refroidissement liquide A, B, C et D avec différentes structures de canaux. Tout d'abord, nous comparons les cartes de nuages de température de la plaque inférieure :
D'après le modèle, nous pouvons voir que les ailettes de la plaque de refroidissement liquide de la version A sont plus larges et discontinues ; Les ailettes de la plaque de refroidissement liquide de la version B sont étroites et discontinues ; La largeur des ailettes de la plaque de refroidissement liquide de la version C est inégale, avec des extrémités larges et un milieu étroit, et également discontinue ; La plaque de refroidissement liquide de la version D a une largeur étroite et continue.
En comparant la carte des nuages de température avec la température ponctuelle correspondante, on constate que la température de la plaque de refroidissement liquide de la quatrième version est relativement uniforme au niveau de la partie de contact de la carte IGBT. Bien que la différence ne soit pas significative, la température globale de A et C avec des largeurs d'ailettes plus larges est toujours légèrement inférieure à celle de B et D avec des largeurs d'ailettes plus étroites. Et dans l'ensemble, C a le meilleur effet de température, tandis que D a des températures locales élevées et le pire effet de température globale (les cartes des nuages de température de l'autre côté de la plaque inférieure et de la plaque de recouvrement montrent également des résultats similaires). La température visible est liée à la largeur des ailettes.
Comparez ensuite la carte des nuages de vitesse à l’intérieur du canal d’écoulement :
On peut constater que la vitesse d'écoulement dans les canaux A et C avec des ailettes plus larges est généralement plus élevée que dans les canaux B et D avec des ailettes plus étroites. On peut constater que plus les ailettes sont larges, plus la vitesse d'écoulement de l'eau est rapide et meilleur est l'effet de refroidissement.
Cependant, il doit également y avoir un peu d'espace pour l'écoulement de l'eau. En raison de la présence de colonnes aux coins du canal d'écoulement de A et de la largeur uniforme des ailettes, la vitesse d'écoulement globale est plus rapide que celle de C ;
Cependant, les ailettes continues D ont une vitesse d'écoulement extrêmement faible, voire stagnante, dans certaines zones, alors que les ailettes discontinues A, B et C ne présentent pas une telle situation. Par conséquent, d'après la carte des nuages de vitesse, on peut voir que A a un meilleur effet, tandis que D a un effet plus faible.
Observez et comparez à travers le diagramme en coupe du vecteur vitesse :
On peut voir qu'à l'exception de l'interruption locale de D, les vecteurs de vitesse dans les canaux d'écoulement des trois autres plaques de refroidissement par eau sont très continus et normaux. Le résultat des ailettes discontinues est donc meilleur que celui des ailettes continues.
En outre, d'autres images de post-traitement peuvent être utilisées pour observer d'autres quantités physiques et les analyser, les comparer et les optimiser, ce qui ne sera pas décrit plus en détail ici. Sur la base des trois analyses ci-dessus, on peut voir que A et C sont relativement bons, mais des ajustements supplémentaires doivent être effectués en tenant compte de la situation de traitement réelle et du coût.
Résumé
Cet exemple utilise principalement les différences de largeur et de forme des ailettes pour l'optimisation. Bien entendu, la largeur et la forme du canal d'écoulement et d'autres conceptions peuvent également être modifiées pour l'optimisation, ce qui donne naturellement des résultats différents. Cependant, quelle que soit la conception, l'impact des procédures de traitement et des coûts doit également être pris en compte.
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