El rendimiento de transferencia de calor de la placa enfriada por líquido está relacionado principalmente con el coeficiente de transferencia de calor convectivo y la uniformidad de la temperatura de la superficie de la fuente de calor.
Si la transferencia de calor de la placa enfriada por líquido es lo suficientemente rápida, si la temperatura de la superficie es uniforme y si hay una gran diferencia de temperatura local son todos indicadores para juzgar el rendimiento de la placa de enfriamiento por líquido.
Como se muestra en la figura, el diseño de las aletas del canal de flujo interno en las placas enfriadas por agua en el mercado no solo aumenta el área de contacto entre el flujo de agua y la superficie de disipación de calor, sino que también aumenta la velocidad del flujo convectivo, aumentando así el coeficiente de transferencia de calor convectivo y haciéndolo más propicio para la disipación de calor.
Al ajustar el ancho de los canales de flujo dentro de la placa de enfriamiento de agua, se puede mejorar el coeficiente de transferencia de calor por convección. Cuanto más estrecho sea el ancho, mayor será el caudal de refrigerante y mayor será el coeficiente de transferencia de calor por convección natural. Además de cambiar directamente el ancho del canal, también se pueden agregar múltiples capas de aletas al canal para formar microcanales más estrechos y aumentar el área de disipación de calor.
Para mejorar la uniformidad de la temperatura de la superficie de la fuente de calor, se puede empezar por optimizar el diseño del canal de flujo. Como se muestra en la figura, después de optimizar la figura 1, la diferencia de temperatura en la figura 2 disminuyó un 5%, mientras que la eficiencia de transferencia de calor aumentó un 39%. Por lo tanto, optimizar el diseño del proceso puede mejorar la transferencia de calor y la uniformidad de la temperatura.
Simulación de disipación de calor
Se presentará todo el proceso de simulación de la disipación de calor de las placas de refrigeración líquida mediante la plataforma ANSYS Workbench. A continuación, se explicará el diseño de optimización de las placas de refrigeración líquida a través de los resultados de simulación de cuatro versiones de las placas de refrigeración líquida A, B, C y D con diferentes estructuras de canal. En primer lugar, comparamos los mapas de nubes de temperatura de la placa inferior:
Del modelo, podemos ver que las aletas de la placa de enfriamiento de líquido de la versión A son más anchas y discontinuas; Las aletas de la placa de enfriamiento de líquido de la versión B son estrechas y discontinuas; El ancho de las aletas de la placa de enfriamiento de líquido de la versión C es desigual, con extremos anchos y un medio estrecho, y también discontinuo; La placa de enfriamiento de líquido de la versión D tiene un ancho estrecho y continuo.
Al comparar el mapa de nubes de temperatura con la temperatura puntual correspondiente, se puede encontrar que la temperatura de la placa de refrigeración líquida de la cuarta versión es relativamente uniforme en la parte de contacto de la placa IGBT. Aunque la diferencia no es significativa, la temperatura general de A y C con anchos de aleta más amplios sigue siendo ligeramente inferior a la de B y D con anchos de aleta más estrechos. Y en general, C tiene el mejor efecto de temperatura, mientras que D tiene temperaturas locales altas y el peor efecto de temperatura general (los mapas de nubes de temperatura del otro lado de la placa inferior y la placa de cubierta también muestran resultados similares). La temperatura visible está relacionada con el ancho de las aletas.
Luego compare el mapa de nubes de velocidad dentro del canal de flujo:
Se puede observar que la velocidad de flujo en los canales A y C con aletas más anchas es generalmente mayor que en los canales B y D con aletas más estrechas. Se puede observar que cuanto más anchas sean las aletas, más rápida será la velocidad de flujo del agua y mejor será el efecto de enfriamiento.
Sin embargo, también debería haber algo de espacio para el flujo de agua. Debido a la presencia de columnas en las esquinas del canal de flujo de A y al ancho uniforme de las aletas, la velocidad general del flujo es más rápida que en C;
Sin embargo, las aletas continuas D tienen una velocidad de flujo extremadamente baja o incluso estancada en algunas áreas, mientras que las aletas discontinuas A, B y C no tienen tal situación. Por lo tanto, de acuerdo con el mapa de nubes de velocidad, se puede ver que A tiene un mejor efecto, mientras que D tiene un efecto peor.
Observe y compare a través del diagrama transversal del vector de velocidad:
Se puede observar que, a excepción de la interrupción local de D, los vectores de velocidad en los canales de flujo de las otras tres placas de refrigeración por agua son muy continuos y normales. Por lo tanto, el resultado de las aletas discontinuas es mejor que el de las aletas continuas.
Además, se pueden utilizar otras imágenes de posprocesamiento para observar otras magnitudes físicas y analizarlas, compararlas y optimizarlas, lo que no se describirá más aquí. Con base en los tres análisis anteriores, se puede ver que A y C son relativamente buenos, pero se deben realizar más ajustes considerando la situación real del procesamiento y el costo.
Resumen
Este ejemplo utiliza principalmente las diferencias en el ancho y la forma de las aletas para la optimización y, por supuesto, el ancho y la forma del canal de flujo y otros diseños también se pueden cambiar para la optimización, lo que naturalmente da como resultado diferentes resultados. Sin embargo, independientemente del diseño, también se debe considerar el impacto de los procedimientos y los costos de procesamiento.
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