用于冷却成功的鳍

增加了有限的表面积

随着高功率电子产品继续推动电力密度限制，部件设计工程师在他们选择的冷却解决方案方面面临更大的挑战和权衡。一种满足这些挑战和权衡的一种方法是通过翅片几何形状和鳍片密度的传热装置，例如热交换器和冷板。

本文将解释翅片几何和鳍密度如何影响热交换器和冷板的性能。它将简要介绍一些基本的传热理论，比较不同类型的翅片几何形状及其在提高性能方面的作用，并专注于最小化热阻以最大化性能的方式。

传播热量

描述过程中总热传递的基本方程是给出的：

q = u×a x lmtd（1）

在哪里：

问：=传递的热量，BTU / HR（W）
你=总传热系数，BTU / HR-FT2-°F（W / M2-ºC）
一种=传热区域，FT2（M2）
lmtd.=在冷板的情况下，在热交换器中的两个进入流体或在冷板的情况下在局部表面和流体之间流动的流体之间的日志平均温差。假设均匀分布的热负荷，ºF（ºC）

增加U，A或LMTD将导致更多的传热。

对于大多数换热器和冷板应用，整体传热系数主要由传导和对流术语的组合组成，其中传导术语趋于远小于对流项。这是重要的，因为组件设计人员通常对施工材料的控制很小，影响传导和使用的冷却剂。然而，它们确实如此，可以相当控制鳍几何形状和鳍密度，影响对流。

鳍几何和密度

翅片几何和密度，造成湍流，提高性能也增加了压降，这是大多数高性能应用中的关键要求。然后，最佳的鳍片几何和鳍密度组合是性能，压降，重量和尺寸的折衷。在“空气冷却的紧凑型热交换器设计中，基于性能，压降，重量和尺寸的典型比较”是用于电子冷却的空气冷却的紧凑型热交换器设计“。

除了鳍几何形状，还可以改变厚度，高度，间距和间距等参数以提高性能。通常，鳍片厚度在0.004英寸下变化。（0.1 mm）至0.012英寸（0.3毫米），高度从0.035英寸不同。（0.89 mm）至0.6英寸（15.24 mm），并且密度从8到30 fpi之间变化（15.24 mm）。每英寸鳍）。

在大多数高性能应用中，翅片由铜或铝制成。由于其重量较轻，在飞机电子液体冷却应用中是优选的铝翅片。铜鳍主要用于重量不是重要因素的应用中，而是与其他冷却回路材料相容。

传热应用中使用许多不同的鳍几何形状。其中一些最常用的是百叶窗，滑动的偏移，直和波浪鳍。（见图1.）

通过最小化热阻最大化性能

通过理论示例，最好证明优化性能和最小化热阻的任务。考虑一种传热过程，其中50/50乙二醇和水（EGW）通过板翅式热交换器中的环境空气冷却。图2示出了使用电气类比通过热交换器的热流路径。

在该示例中，通过温度Th和T1之间的对流流动，然后通过温度t1和t2之间传导，最后通过t之间的对流₂和T_C。然后，总热阻等于串联的三个热电阻之和。

相比之下，冷板通常只流过它的冷却剂。结果，通过热界面材料和冷板材料从安装在冷板上的散热电子器件的传导通过导通热流。然后热通过流体路径材料的内表面流到冷却剂。

如上图所示，如果我们希望最大化传热，我们必须最小化热阻。为实现这一点，我们必须增加相应的传热区域，膜系数或两者。增加传热区域的概念相对容易，但有时受到诸如重量，尺寸和压降等施用要求的限制。增加传热面积的有效方法是增加翅片密度（每单位长度的翅片）。然而，增加膜系数更复杂，因为膜系数取决于所考虑的流体的性质，流体速度和翅片几何形状。

迎接挑战

面对苛刻且有时相互冲突的应用要求，包括性能，压力下降，重量和尺寸，与经验丰富的供应商一起使用，了解如何优化热交换器和冷板的鳍片几何和鳍密度，以最大化性能至关重要并符合申请要求。