مجموعة أنابيب الحرارة
تقليل الحرارة
أنبوب الحرارة هو نوع من مواد نقل الحرارة الفعالة، من خلال تصميم هياكل مختلفة، والجمع بين العمليات المختلفة لزعانف المشتت الحراري، يمكن أن يوفر للعملاء حلول تبريد فعالة
ما هو أنبوب الحرارة؟
أنبوب الحرارة هو مادة فعالة لتوصيل الحرارة، والتي يمكنها نقل كمية كبيرة من الحرارة من خلال البنية الشعرية الداخلية، وتوزيع الحرارة من أحد طرفي درجة الحرارة المنخفضة إلى الطرف الآخر من درجة الحرارة العالية لتحقيق تأثير نقل الحرارة الفعال. من خلال تصميم الهياكل المختلفة، والجمع بين العمليات المختلفة لزعانف المشتت الحراري، يمكن توفير حلول تبريد فعالة للعملاء.
كيفية صنع أنبوب حراري؟
عادةً ما يكون قطر أنبوب التسخين 4,5,6,6.5,8,9.5,10,10.5، 12، XNUMX، XNUMX، XNUMX، XNUMX، XNUMX، XNUMX، وXNUMX مم. لذا، فإن أنبوب النحاس المقابل له هذه الأقطار. بعد التنظيف، والزيت، والمعالجة بالتخميل ومضادات الأكسدة، تُطبق هذه المواصفات على أنبوب النحاس. يُغلق أحد طرفيه بواسطة آلة انكماش عالية السرعة. وبالطبع، تُجرى عملية اللحام بالليزر دائمًا، مما يمنع خطر التسرب من أحد طرفيه.
أُدخل قضيب من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 3 مم في أنبوب النحاس النهائي، مع أخذ أنبوب النحاس بقطر 6 مم كمثال. ثم صُب مسحوق النحاس في الأنبوب، وبعد اهتزاز ميكانيكي، اتحد مسحوق النحاس بإحكام مع جدار الأنبوب. سُخّنت هذه الأنابيب النحاسية، التي بداخلها مسحوق النحاس، إلى 800 درجة في فرن تفريغ. تحت هذه الحرارة العالية، التصق مسحوق النحاس بجدران الأنبوب بإحكام.
اترك فرن التفريغ يبرد ببطء، ثم أخرج أنبوب النحاس. في هذه الأثناء، أزل قضيب الفولاذ المقاوم للصدأ من المنتصف، وحقن الماء النقي المحتوي على الكحول في أنبوب النحاس وفقًا لحساب الطاقة المطلوب من العميل. يُضخ الهواء داخل أنبوب النحاس المملوء بالماء إلى الفراغ بواسطة آلة تفريغ، ثم يُلحم الطرف الآخر من أنبوب النحاس ويُغلق بواسطة آلة لحام بالليزر، ليتشكل أنبوب نحاسي يحتوي على سائل في حالة الفراغ، وهو ما يُسمى أنبوب الحرارة.
كيف يعمل أنبوب الحرارة؟
أنبوب التسخين هو نوع من تحويل حرارة السائل الداخلي عبر الخاصية الشعرية في ظروف مغلقة ومفرغة. ولأن الجزء الداخلي من أنبوب التسخين في حالة فراغ، فإنه يعمل في ظروف درجة حرارة محددة، عادةً حوالي 35 درجة. عند تسخين السائل، تكون حالته السائلة في هذه اللحظة بخار الماء، مما يؤدي إلى فقدان كمية كبيرة من الحرارة. في هذه الحالة، يُعادل أنبوب التسخين بأكمله غرفة بخار، ويتم توزيع الحرارة بالتساوي داخله.
عندما يلتقي الطرف الآخر من أنبوب الحرارة بالحمل الحراري القسري للمروحة أو الحمل الحراري الطبيعي لسطح الجسم، تنخفض درجة الحرارة في هذه الحالة، ويتجمد بخار الماء ليتحول إلى قطرات ماء. تحت تأثير الجاذبية، يمتص الهيكل الشعري لمسحوق النحاس داخل الأنبوب هذه القطرات، ثم تتدفق. عندها، يعود السائل إلى موضعه الأصلي، ويتعرض لكمية كبيرة من الحرارة، فيتبخر السائل مرة أخرى، وتتكرر الدورة لتحقيق نقل الحرارة من مكان إلى آخر. هذا هو تأثير نقل الحرارة الفعال الذي ننشده.
ميزة التوصيل الحراري العالي للأنابيب الحرارية مقارنة بالمواد الأخرى.
- يمكن لسبائك الألومنيوم المصبوبة مثل ADC12 تحقيق موصلية حرارية تبلغ حوالي (96-110) واط / (م كلفن). - يستخدم الألومنيوم المطروق على البارد عمومًا سلسلة 1050 و 1070، وموصليته الحرارية 235 واط / (م كلفن).
- مادة الألومنيوم المبثوقة هي عمومًا 6061 أو 6063، وموصليتها الحرارية 210 واط / (م · كلفن). - مادة النحاس هي عمومًا C1100 وموصليتها الحرارية 383.5 واط / (م · كلفن).
- الموصلية الحرارية للأنبوب الحراري تكون عادة من 5000 إلى 25000 واط/(م·ك). وبطبيعة الحال، فإن أطوال مختلفة من الأنابيب الحرارية لها كفاءة توصيل مختلفة.
الخصائص المهمة لأنابيب الحرارة
في مساحة محدودة، يمكن نقل الحرارة إلى أماكن أخرى، ومن ثم يتم تبديد الحرارة عن طريق الحمل الحراري القسري أو الحمل الحراري الطبيعي، مثل الكمبيوتر المحمول، حيث يجب نقل الحرارة إلى حافة الكمبيوتر المحمول بواسطة وحدة المعالجة المركزية الموجودة في وسط اللوحة الأم للكمبيوتر، ومن ثم يتم تبديد الحرارة بواسطة المروحة.
يعود تاريخ استخدام وتطوير أنابيب الحرارة إلى أكثر من 50 عامًا، مما يجعلها عملية متطورة للغاية ورخيصة الثمن. كما أنها نظام تبديد حرارة فعال ومنخفض التكلفة. كان أنبوب الحرارة المبكر نظام تبديد حرارة للأقمار الصناعية الفضائية، لذا فإن متطلبات عمره التشغيلي صارمة للغاية. بشكل عام، لا تتدهور قدرة أنبوب الحرارة على التوصيل الحراري في حالة التشغيل الطويلة، ويتجاوز عمره الافتراضي 20 عامًا.
إن معامل نقل الحرارة عالي الأداء يزيد عن 20 مرة عن المواد المعدنية النحاسية والألومنيوم، مما يمكنه من توصيل الحرارة بسرعة، وتقليل درجة حرارة الرقاقة، وضمان التشغيل المستقر للنظام.
أداء التوصيل لأنبوب الحرارة
هذه هي أقصى حرارة يمكن أخذها بعيدًا، وتعتمد على طول وقطر أنبوب الحرارة، بالطبع، ويرتبط الشكل أيضًا، وعادةً ما ينحني مرة واحدة، وينخفض أداء التوصيل بنسبة 5٪، وتكون زاوية الانحناء العامة R أكبر من 1.5 مرة من قطر أنبوب الحرارة.
أنابيب الحرارة المستخدمة في مجالات مختلفة
أنبوب حراري يستخدم في حزمة البطارية لحل التبريد.
تُستخدم الموصلية الحرارية العالية لأنبوب التسخين لتوصيل حرارة وحدة البطارية إلى حافة المشتت الحراري، ثم تُبدد الحرارة بواسطة المروحة. وهو مناسب بشكل خاص لأنظمة مقاومة الماء التي تزيد عن IP68. بالطبع، يمكن عادةً استخدام عملية صب المشتت الحراري أو عملية تشكيله. لتلبية احتياجات إدارة الحرارة الخاصة بحزمة البطارية، قد يتطلب الأمر أحيانًا استخدام تقنية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. ويرجع ذلك إلى تزايد اعتماد مهندسي التصميم على مشتتات أنابيب التسخين.
أنبوب الحرارة هو مشتت حراري يستخدم في إضاءة LED لحل التبريد.
تتطلب تجهيزات إضاءة LED عالية الطاقة مشتتات حرارية ذات أداء ممتاز في تبديد الحرارة، خاصةً مع مصادر إضاءة LED عالية الكثافة، والتي تتجاوز عادةً 500 واط، وقد تتجاوز في بعض الأحيان 1000 واط. في هذه الحالة، تُستخدم مشتتات حرارية عالية الطاقة تعتمد على أنابيب التبريد لحل مشكلة تبديد الحرارة، حيث تنقل الحرارة عالية الكثافة إلى رقائق الزعانف، وتستفيد من خصائص الحمل الحراري القسري للمراوح لتبديد الحرارة في الهواء. بالطبع، يتطلب تصميم هذا النوع من تجهيزات الإضاءة من المهندسين فهمًا دقيقًا لأداء أنابيب التبريد، مثل زاوية الانحناء (R)، والاستخدام الأفقي، وظروف الاستخدام في اتجاه الجاذبية. هذه المعايير بالغة الأهمية. إذا كانت لديكم مثل هذه المتطلبات، فلا تترددوا في التواصل مع مهندسينا. تُستخدم مشتتات حرارية تعتمد على أنابيب التبريد في العديد من التطبيقات، مثل إضاءة المسارح عالية الطاقة، وإضاءة LED للنباتات، ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية المعتمدة من UL، وغيرها.
أنبوب حراري يستخدم في العاكس الكهروضوئي و IGBT لحل التبريد.
العاكس الكهروضوئي و IGBT عبارة عن رقائق عالية الطاقة، وسوف تنتج الكثير من الحرارة في عملية التشغيل، لأن منطقة التسخين الخاصة بها مركزة نسبيًا، وبالتالي فإن استخدام أنبوب الحرارة الموصلية الجيدة والانتشار الحراري، يمكن أن ينشر الحرارة بشكل فعال ويوصلها إلى اللوحة السفلية من المشتت الحراري، ثم استخدم زعانف المشتت الحراري لتشتيت الحرارة.
تُعد عملية تشتيت الحرارة باستخدام زعانف مُزلّقة وأنبوب حراري الحل الأمثل لمعالجة مشكلة تبديد الحرارة في هذا النوع من الشرائح عالية الطاقة. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى ضرورة تحسين تصميم أنبوب الحرارة. وفي الوقت نفسه، من الضروري مراعاة الظروف الخارجية وتجمد السائل داخل أنبوب الحرارة، وذلك لتجنب تمدد أنبوب الحرارة، مما قد يؤدي إلى تلفه وإتلاف مكوناته.
كيف تقوم بتصميم أنبوب حراري أو ما الذي يجب الانتباه إليه عند تصميم أنبوب حراري؟
- عند تصميم أنبوب الحرارة، يجب على المهندسين الانتباه إلى اختيار قطر وطول أنبوب الحرارة المناسب، وما إذا كان أنبوب الحرارة منحنيًا.
- يحتوي منفذا أنبوب الحرارة على حد طول الطرف غير الصالح والطرف الفعال بسبب العملية.
- في بعض الحالات الخاصة، مثل أنبوب الحرارة الذي يحتاج إلى التسوية، مثل وحدة أنبوب الحرارة لجهاز الكمبيوتر المحمول، كيف يتم حساب سمكها وعرضها بعد التسوية؟
عادةً ما يكون لسمك جدار أنبوب التسخين عدة مواصفات تبعًا لحاجة المعالجة. إذا لم تكن المعالجة ضرورية، يُمكن تصميم سمك الجدار ليكون 0.4 مم. أما إذا كانت المعالجة ضرورية، خاصةً عند تثبيت أخدود اللوحة السفلية للمشتت الحراري بإحكام، فيكون سمك جدار أنبوب التسخين في هذه الحالة 0.9 مم، وذلك لضمان عدم تعطله بعد المعالجة. لذا، يُمكن استخدام المعلمات الموضحة في الجدول التالي كقيمة مرجعية لتصميمنا اللاحق.