Die Wärmeübertragungsleistung einer flüssigkeitsgekühlten Platte hängt hauptsächlich vom konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten und der Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur der Wärmequelle ab.
Ob die Wärmeübertragung der flüssigkeitsgekühlten Platte schnell genug ist, ob die Oberflächentemperatur gleichmäßig ist und ob es einen großen lokalen Temperaturunterschied gibt, sind alles Indikatoren zur Beurteilung der Leistung der flüssigkeitsgekühlten Platte.
Wie in der Abbildung gezeigt, vergrößert das Design der internen Strömungskanalrippen in wassergekühlten Platten auf dem Markt nicht nur die Kontaktfläche zwischen dem Wasserfluss und der Wärmeableitungsoberfläche, sondern erhöht auch die konvektive Strömungsgeschwindigkeit und erhöht dadurch den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten und macht es so für die Wärmeableitung förderlicher.
Durch Anpassen der Breite der Strömungskanäle innerhalb der Wasserkühlplatte kann der konvektive Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden. Je schmaler die Breite, desto höher die Kühlmitteldurchflussrate und desto höher der natürliche konvektive Wärmeübertragungskoeffizient. Neben der direkten Änderung der Kanalbreite können dem Kanal auch mehrere Lamellenschichten hinzugefügt werden, um schmalere Mikrokanäle zu bilden und die Wärmeableitungsfläche zu vergrößern.
Die Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur der Wärmequelle kann mit der Optimierung des Strömungskanal-Layouts beginnen. Wie in der Abbildung gezeigt, verringerte sich nach der Optimierung von Abbildung 1 der Temperaturunterschied in Abbildung 2 um 5 %, während die Wärmeübertragungseffizienz um 39 % stieg. Daher kann die Optimierung des Prozesslayouts die Wärmeübertragung verbessern und die Temperaturgleichmäßigkeit steigern.
Wärmeableitungssimulation
Der gesamte Prozess der Simulation der Wärmeableitung von Flüssigkeitskühlplatten mithilfe der ANSYS Workbench-Plattform wird vorgestellt. Im Folgenden wird das Optimierungsdesign von Flüssigkeitskühlplatten anhand der Simulationsergebnisse von vier Versionen von Flüssigkeitskühlplatten A, B, C und D mit unterschiedlichen Kanalstrukturen erläutert. Zunächst vergleichen wir die Temperaturwolkenkarten der Bodenplatte:
Anhand des Modells können wir erkennen, dass die Lamellen der Flüssigkeitskühlplatte der Version A breiter und unterbrochen sind. Die Lamellen der Flüssigkeitskühlplatte der Version B sind schmal und unterbrochen. Die Breite der Lamellen der Flüssigkeitskühlplatte der Version C ist ungleichmäßig, mit breiten Enden und schmaler Mitte und ebenfalls unterbrochen. Die Flüssigkeitskühlplatte der Version D ist schmal und durchgehend breit.
Durch Vergleichen der Temperaturwolkenkarte mit der entsprechenden Punkttemperatur kann festgestellt werden, dass die Temperatur der Flüssigkeitskühlplatte der vierten Version am Kontaktteil der IGBT-Platine relativ gleichmäßig ist. Obwohl der Unterschied nicht signifikant ist, ist die Gesamttemperatur von A und C mit breiteren Lamellenbreiten immer noch etwas niedriger als die von B und D mit schmaleren Lamellenbreiten. Und insgesamt hat C den besten Temperatureffekt, während D hohe lokale Temperaturen und den schlechtesten Gesamttemperatureffekt hat (die Temperaturwolkenkarten der anderen Seite der Bodenplatte und der Deckplatte zeigen ebenfalls ähnliche Ergebnisse). Die sichtbare Temperatur hängt von der Breite der Lamellen ab.
Vergleichen Sie dann die Geschwindigkeitswolkenkarte innerhalb des Strömungskanals:
Es ist ersichtlich, dass die Fließgeschwindigkeit in Kanälen A und C mit breiteren Lamellenbreiten im Allgemeinen höher ist als in Kanälen B und D mit schmaleren Lamellenbreiten. Es ist ersichtlich, dass die Fließgeschwindigkeit des Wassers umso höher ist, je breiter die Lamellen sind, und dass der Kühleffekt umso besser ist.
Es sollte jedoch auch etwas Platz für den Wasserfluss vorhanden sein. Aufgrund der Säulen an den Ecken des Strömungskanals von A und der gleichmäßigen Breite der Lamellen ist die Gesamtströmungsgeschwindigkeit höher als bei C.
Allerdings weisen durchgehende Lamellen D in manchen Bereichen eine extrem niedrige oder sogar stagnierende Strömungsgeschwindigkeit auf, während die unterbrochenen Lamellen A, B und C eine solche Situation nicht aufweisen. Daher ist gemäß der Geschwindigkeitswolkenkarte ersichtlich, dass A einen besseren Effekt hat, während D einen schlechteren Effekt hat.
Beobachten und vergleichen Sie anhand des Geschwindigkeitsvektor-Querschnittsdiagramms:
Es ist ersichtlich, dass die Geschwindigkeitsvektoren in den Strömungskanälen der anderen drei Wasserkühlplatten mit Ausnahme der lokalen Unterbrechung von D sehr kontinuierlich und normal sind. Daher ist das Ergebnis unterbrochener Lamellen besser als das durchgehender Lamellen.
Darüber hinaus können andere nachbearbeitete Bilder verwendet werden, um andere physikalische Größen zu beobachten und sie zu analysieren, zu vergleichen und zu optimieren, was hier nicht weiter beschrieben wird. Basierend auf den obigen drei Analysen ist ersichtlich, dass A und C relativ gut sind, aber unter Berücksichtigung der tatsächlichen Verarbeitungssituation und der Kosten weitere Anpassungen vorgenommen werden müssen.
Zusammenfassung
In diesem Beispiel werden hauptsächlich die Unterschiede in der Breite und Form der Lamellen zur Optimierung genutzt. Natürlich können auch die Breite und Form des Strömungskanals und anderer Designs zur Optimierung geändert werden, was natürlich zu unterschiedlichen Ergebnissen führt. Unabhängig vom Design müssen jedoch auch die Auswirkungen der Verarbeitungsverfahren und -kosten berücksichtigt werden.
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