چرا خنک کننده مایع به جای خنک کننده هوا استفاده می شود؟

اصل کار اصلی یک صفحه خنک‌کننده مایع، انتقال کارآمد گرما از سطوح جامد از طریق انتقال حرارت همرفتی اجباری است که از ظرفیت گرمایی ویژه بالا و ویژگی‌های انتقال حرارت همرفتی سیالات خنک‌کننده استفاده می‌کند. فرآیند دقیق به شرح زیر است:

اجزای تولید کننده گرما با استفاده از مواد رابط حرارتی مانند گریس حرارتی، پدهای حرارتی، لحیم و سایر رسانه‌های رسانای حرارتی، به طور محکم به یک یا چند سطح صفحه خنک‌کننده مایع (که معمولاً به عنوان سطح نصب یا صفحه پایه شناخته می‌شود) متصل می‌شوند. گرما از منبع گرما به دیواره جامد صفحه خنک‌کننده مایع از طریق هدایت حرارتی منتقل می‌شود.

گرما در ساختار فلزی صفحه خنک‌کننده مایع (معمولاً آلومینیوم، مس یا سایر آلیاژهای با رسانایی بالا) از طریق هدایت حرارتی، از سطح نصب با دمای بالا که در تماس با منبع گرما است به دیواره‌های داخلی کم دما کانال‌های جریان داخلی که با خنک‌کننده در تعامل هستند، حرکت می‌کند. رسانایی حرارتی بالاتر ماده و ضخامت دیواره کمتر، مقاومت حرارتی را کاهش داده و راندمان هدایت حرارتی را بهبود می‌بخشد.

این مهمترین مرحله است. خنک‌کننده، معمولاً آب مقطر، محلول گلیکول آبی یا خنک‌کننده صنعتی تخصصی، با سرعتی کنترل شده که توسط یک پمپ خارجی هدایت می‌شود، از طریق کانال‌های داخلی مهر و موم شده صفحه خنک‌کننده مایع جریان می‌یابد. هنگامی که از روی دیواره‌های داخلی کانال با دمای بالا عبور می‌کند، خنک‌کننده گرما را از سطوح دیواره جذب می‌کند.

انتقال حرارت عمدتاً به همرفت اجباری متکی است: جریان خنک‌کننده، به ویژه در حالت آشفته، لایه مرزی آرام در نزدیکی سطوح دیواره را مختل می‌کند و اختلاط و تبادل حرارت کارآمدتر بین سیال سرد مرکزی و دیواره داغ را امکان‌پذیر می‌سازد. ضریب انتقال حرارت همرفتی بالاتر با عملکرد قوی‌تر تبادل حرارت مطابقت دارد.

طراحی کانال‌های جریان، از جمله شکل، ابعاد و بهبود سطح مانند پره‌ها یا پین‌فین‌ها، مستقیماً بر رژیم جریان (آرام یا آشفته)، مساحت تبادل حرارت و ضریب انتقال حرارت همرفتی تأثیر می‌گذارد و در نهایت راندمان کلی دفع گرما را تعیین می‌کند.

پس از جذب گرما، دمای خنک‌کننده افزایش می‌یابد و از طریق پورت خروجی از صفحه خنک‌کننده مایع خارج می‌شود.

خنک‌کننده داغ حامل گرما به یک مبدل حرارتی خارجی در سیستم، مانند رادیاتور خنک‌کننده هوا، کندانسور خنک‌کننده آب یا صفحه خنک‌کننده ثانویه پمپ می‌شود. در داخل مبدل حرارتی، گرما از خنک‌کننده در نهایت از طریق خنک‌کننده هوا یا آب به محیط اطراف دفع می‌شود. سپس خنک‌کننده سرد با دمای پایین به ورودی صفحه خنک‌کننده مایع بازگردانده می‌شود و چرخه حلقه بسته را کامل می‌کند.

• محیط انتقال حرارت با راندمان بالا: مایعات دارای ظرفیت گرمایی ویژه به طور قابل توجهی بالاتر از هوا هستند (ظرفیت گرمایی ویژه آب تقریباً چهار برابر هوا است) که امکان جذب گرمای بسیار بیشتری را در واحد حجم فراهم می‌کند. ضریب انتقال حرارت همرفتی مایعات، به ویژه آب، نیز ده‌ها تا صدها برابر بیشتر از هوا است که منجر به نرخ انتقال حرارت بسیار سریع‌تر در اختلاف دمای یکسان می‌شود.

• مسیر مقاومت حرارتی کم: صفحه خنک‌کننده مایع یک مسیر حرارتی با مقاومت کم از منبع گرما به خنک‌کننده را فراهم می‌کند که توسط مواد با رسانایی حرارتی بالا و مهندسی ساختاری بهینه پشتیبانی می‌شود.

• انتقال حرارت بهبود یافته از طریق همرفت اجباری: جریان اجباری هدایت شده توسط پمپ و طرح‌های کانال بهینه که تلاطم ایجاد کرده و مساحت تبادل حرارت را گسترش می‌دهند، انتقال حرارت بین سیال و دیواره‌های جامد را به شدت تقویت می‌کنند.

• یکنواختی دمای بهبود یافته: طرح‌بندی کانال‌های خوش‌طراحی، مانند پیکربندی‌های مارپیچ یا چند شاخه‌ای، یکنواختی دما را در سراسر سطح صفحه خنک‌کننده مایع بهبود می‌بخشد و از گرم شدن بیش از حد موضعی جلوگیری می‌کند.