عملية تصميم لوحة التبريد المائي لبطارية الطاقة الجديدة

أدت الأحمال الحرارية المتزايدة للإلكترونيات عالية الطاقة والدفع نحو عبوات أصغر إلى تغيير وجهات نظر المصممين. لم يعد يُنظر إلى التبريد السائل على أنه خطر ولكنه أمر لا بد منه إلى حد ما. تتفوق الألواح الباردة السائلة على طرق تبريد الهواء التقليدية في استخدامات التدفق الحراري العالي.

 

في عملية التبريد السائل، يتم استخدام لوحة التبريد السائلة لنظام التبريد لنوع معين من البطاريات عالية الطاقة لمعالجة مشكلة عدم انتظام درجة الحرارة داخل البطارية وخارجها.

 

تم بناء هيكل لوحة التبريد السائل على أساس الخصائص الحرارية للبطارية، ويتم تقديم هيكل لوحة التبريد السائل من النوع اللولبي. يمكن أن يضمن البناء وصول سائل التبريد أولاً إلى النقطة الساخنة ثم توزيعه.

 

 

أبحاث بيانات لوحة الماء البارد

لقد تحسنت أنظمة تبريد الهواء بمرور الوقت لمعالجة الكثافات الأكبر بكفاءة أفضل. ومع ذلك، هناك حد حيث يفتقر الهواء إلى خصائص النقل الحراري اللازمة لتوفير التبريد الكافي للأرفف عالية الكثافة بطريقة فعالة.

 

مع نمو طاقة الحامل، يمكن أن يؤثر ذلك على أداء الخوادم المتخصصة واعتماديتها ويجعلها أقل كفاءة في استخدام الطاقة مع مرور الوقت. عند استخدام رفوف عالية الطاقة، يصبح تبريد الهواء غير اقتصادي وغير مستدام.

 

ونتيجة لذلك، يبحث المزيد من الشركات في إمكانية إضافة سائل إلى الحامل لتعزيز سعة البيانات وكفاءتها. يستخدم التبريد السائل قدرات نقل الحرارة المحسنة للماء أو السوائل الأخرى لتوفير تبريد فعال وفعال من حيث التكلفة للرفوف عالية الكثافة.

 

ستؤثر عوامل متعددة على الإستراتيجية الأكثر فعالية لمنشأة معينة. ومع ذلك، فإن مشغلي مراكز البيانات المهتمين بالتبريد السائل يواجهون تحديًا مماثلاً: التكامل مع مراكز البيانات وبناء البنية التحتية لتسهيل إمداد السوائل من وإلى مركز البيانات.

 

مخطط تصميم لوحة تبريد المياه

لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المركزة بكفاءة، يتم استخدام العديد من أجهزة الإدارة الحرارية. يتم إنشاء المشتت الحراري بواسطة لوحة تبريد سائلة محاطة بجدران صلبة.

تتعرض المعدات الإلكترونية للأسطح الباردة بفضل ألواح التبريد السائلة. يتم استخدام القدرة على حمل الحرارة، ومعدلات نقل الحرارة ذات الصلة، والمناطق الحرارية المركزة على سطح اللوحة لتحديد أداء لوحة التبريد. تم استخدام SOLIDWORKS لإنشاء تصميم لوحة التبريد السائلة. في قنوات الاختبار، تم استخدام الماء النقي فقط كمائع عمل.

 

تم إجراء مقارنة لتوزيع التدفق، وخطوط درجة الحرارة، وانخفاض الضغط، وقدرة الضخ لتخطيطات القنوات المختلفة. في ألواح التبريد السائلة، تم اكتشاف أن ترتيب القنوات أمر بالغ الأهمية. تساعد استنتاجات هذه الدراسة في تحديد أفضل تصميم لنظام التبريد العالي تطبيقات التدفق الحراري  ، مثل الأجهزة الإلكترونية، ومعالجات الكمبيوتر، ومحركات السيارات.

 

تحليل مدخلات تصميم لوحة الماء البارد

ويجري تطوير أساليب جديدة لتبريد المعدات الإلكترونية. يُعرف نظام التبريد السائل المستخدم في المكونات الكهربائية باللوحة الباردة. يعدل العمل الحالي تصميم اللوحة الباردة لخفض تكلفتها مع زيادة معدل تبديد الحرارة في نفس الوقت.

 

بالنسبة لمدخلات طاقة محددة، يتم توفير المياه بمعدلات تدفق مختلفة، ويتم حساب قدرة إزالة الحرارة لكل معدل تدفق لهذا الحمل الحراري المعين. لقد كان الماء هو سائل التشغيل الأمثل في جميع معدلات التدفق.

 

من الأفضل تحقيق معدلات تدفق جماعي عالية باستخدام الميثانول والأسيتون. يتم لصق المكونات الكهربائية الفردية على اللوحة الباردة، والتي تعمل بمثابة 'جدار بارد'. يتم اتباع نهج محدد لتصميم وتقييم أداء اللوحة الباردة، والذي يعتمد على التحميل الحراري وما إذا كان التحميل الحراري على أحد جانبي اللوحة الباردة أو كليهما.

 

 

تصميم هيكل لوحة الماء البارد

تعد لوحة التبريد من أكثر الأجهزة استخدامًا للتحكم في درجة حرارة المعدات الكهربائية. أ الصفيحة الباردة هي منطقة تدفق السوائل محاطة بحدود معدنية. الهدف الأساسي هو إنشاء مسارات تدفق السوائل داخل الغرفة التي تستخرج الحرارة من المعدات الإلكترونية مع الحفاظ على درجات الحرارة المناسبة للأداء الجيد.

 

تتمثل مهمة اللوحة الباردة في تشتيت الحرارة من مصدر حرارة متحد المركز بقطر داخلي 114 ملم وقطر خارجي 186 ملم. يتم تركيب مصدر الحرارة فوق موزع الحرارة النحاسي ويوفر معدل حرارة إجمالي يبلغ 320 واط.

 

بعد ذلك، يتم ربط مصدر الحرارة وموزع الحرارة بالسطح العلوي للوحة التبريد. يتم إجراء الماء بدرجة حرارة إدخال تبلغ 20 درجة مئوية ومعدل تدفق يبلغ 3.5 لتر/دقيقة للتدفق عبر قنوات التدفق الداخلية للوحة الباردة لتفريق الحرارة من مصدر الحرارة.

 

عملية إنتاج صفيحة الماء البارد

لوح تبريد الماء مصنوع من المعدن وبه قنوات للمياه. إنه مصنوع من معدن مثل النحاس أو الألومنيوم الذي يتلامس مع مصدر التسخين ويمتص الحرارة التي يولدها. من خلال تشغيل مضخة المياه، يتدفق السائل المتداول عبر خط الأنابيب المتداول. نظام التبريد المائي هو النظام الذي يكون فيه السائل عبارة عن ماء.

 

يربط أنبوب المياه مضخة المياه وكتلة المياه وخزان المياه. والغرض منه هو السماح للسائل المتداول بالتدفق في قناة مغلقة دون تسرب، مما يسمح لنظام التبريد السائل بالعمل بشكل صحيح.

 

يتم الاحتفاظ بالسائل المتداول في خزان المياه. كمشتت حراري، المبادل الحراري هو جهاز ينقل الحرارة من مكان إلى آخر. يتم نقل الحرارة من السائل المتداول إلى المشتت الحراري ذي المساحة السطحية الكبيرة، ويتم إزالة الحرارة من الهواء القادم بواسطة مروحة المشتت الحراري.

 

فحص جودة لوحة الماء البارد

عند اختيار مكونات حلقة التبريد السائلة الخاصة بك، ضع في اعتبارك توافق المواد والأداء الفردي. على الرغم من أن اللوحة الباردة المصنوعة من أنبوب الألومنيوم والمبادل الحراري ذو الأنبوب النحاسي قد يناسبان احتياجاتك الحرارية، إلا أنها ليست دائرة تبريد مستقرة.

 

يكون التآكل الجلفاني ممكنًا عند خلط النحاس والألومنيوم في نظام التبريد لأن إمكاناتهما الكهروكيميائية مختلفة. يؤدي التآكل الجلفاني إلى تآكل المعدن ويؤدي في النهاية إلى حدوث تسربات.

 

يمكن العثور على النحاس والبيكربونات والكلوريدات والملوثات الأخرى في ماء الصنبور، مما يسهل التآكل. علاوة على ذلك، فإن إعادة تدوير نفس السائل بمرور الوقت يؤدي إلى خروج الأكسجين المذاب في حلقة مغلقة. سيؤدي نقص الأكسجين الناتج إلى منع تكوين طبقة الأكسيد. إذا تم إبعاد الألومنيوم عن الأكسجين وتعريضه لمياه ذات جودة منخفضة لفترة طويلة، فسوف يصدأ.

 

تأثير اختبار لوحة الماء البارد

كانت المقاومة الحرارية الإجمالية للوحة الباردة، والتي تم تعريفها على أنها أعلى تباين في درجة الحرارة مقسومًا على معدل تدفق الحرارة الصافي، مقياسًا رئيسيًا للأهمية. تم تصنيع اللوحة الباردة عن طريق قطع تسع فتحات متوازية ومستطيلة في قاعدة من الألومنيوم (1.65 سم 7.6 سم 40 سم) ثم لحام لوحة غطاء من الألومنيوم في الأعلى للتحقق من تأثير الماء.

 

تم قياس درجة حرارة اللوحة والسوائل المتدفقة عند المدخل والتدفق الخارجي والمستوى الأوسط باستخدام 12 مزدوجة حرارية. تم استخدام مزيج 50/50 من جلايكول الإيثيلين والماء كمائع عمل.

 

تم حساب المقاومة الحرارية الشاملة بناءً على قراءات درجة الحرارة. كما تم استخدام نموذج عددي أحادي البعد لحساب المقاومة الحرارية للوحة الباردة؛ الملاحظات التجريبية والتنبؤات النموذجية في اتفاق جيد.

 

خاتمة

Winshare Thermalloy  هو خبير التبريد السائل، مع مجموعة واسعة من تقنيات الألواح الباردة، بما في ذلك تصميمات Serpentine (أنبوب في لوحة)، وتقنيات الحفر بالمدفع، والتصميمات متعددة القطع مع زيادة المساحات السطحية في مسار السائل. نختار طريقة التوصيل لتصميم متعدد القطع لتلبية التصميم والحجم المطلوب في Winshare Thermalloy.