I parametri delle pinne dei dissipatori di calore sono i fattori fondamentali che ne determinano le prestazioni, le dimensioni, il costo e l'affidabilità.Un'ottima progettazione termica implica trovare l'equilibrio ottimale tra loroDi seguito è riportata un'introduzione dettagliata dei vari parametri delle pinne, comprese le loro definizioni, gli impatti e le considerazioni di progettazione.
I. Parametri geometrici di base
Questi parametri definiscono direttamente la forma fisica e la disposizione delle pinne, come illustrato nella figura 1 di seguito.
Figura 1: Parametri geometrici delle pinne
1. Tonno della pinna (P)
Definizione:La distanza centro-centro tra due pinne adiacenti.
Impatto:
1.Small Pitch:Più pinne per unità di volume, maggiore area di dissipazione del calore, ma maggiore resistenza all'aria e suscettibilità all'accumulo di polvere.
2- Grande tono:Minore resistenza dell'aria, meno propensi all'accumulo di polvere, ma ridotta area totale di dissipazione del calore.
Considerazione del progetto:È necessario trovare l'equilibrio ottimale tra la superficie di dissipazione del calore e la resistenza del flusso d'aria.
2. Altezza delle pinne (H)
Definizione:L'altezza verticale della pinna dalla radice alla punta.
Impatto:
1- Altezza aumentata:Aumenta significativamente l'area di dissipazione del calore, migliorando così la capacità di raffreddamento.
2.Impatti negativi:Man mano che le pinne diventano più alte, diventa più difficile che il calore alla punta venga condotto via attraverso la piastra base,che porta a una diminuzione dell'efficienza delle pinne (grande differenza di temperatura tra punta e radice)La resistenza meccanica diminuisce, rendendoli soggetti a vibrazioni.
Considerazione del progetto:L'altezza deve essere progettata in coordinamento con il passo e lo spessore.
3Spessore delle pinne (δ)
Definizione:Lo spessore della pinna stessa.
Impatto:
1.Aumento dello spessore:Facilita la conduzione del calore dalla radice alla punta (riduce la resistenza termica conduttiva della pinna), migliorando l'efficienza della pinna.
2. Diminuzione dello spessore:Sotto lo stesso passo, consente più pinne (cioè una distanza libera più piccola), aumentando così l'area di dissipazione del calore, ma aumenta anche la resistenza all'aria.
Considerazione del progetto:Le pinne più sottili sono utilizzate quando si cerca di ridurre il peso e la miniaturizzazione, ma è necessario garantire la fattibilità del processo e la resistenza strutturale.
4. raggio interno della pinna (R)
Il raggio interno della pinna (R) è assicurato dallo stampo.Un R troppo piccolo può causare difetti quali la crepa delle pinne e una scarsa piattezza dopo lo stampaggio.
5. Angolo di deviazione perpendicolare (a)
L'angolo di deviazione (a) dell'asse di ciascuna onda di pinna rispetto alla perpendicolare della superficie di base.Questo angolo è generalmente controllato entro ±3°Il superamento di questa tolleranza porta a una scarsa formazione delle pinne.
6. Forma delle pinne
Definizione:La forma macro-geometrica della pinna.
Visualizzazione:Le pinne sono disponibili in vari tipi strutturali, come serrate, semplici (diritte) e perforate.La superficie estesa della pinna e la sua capacità di disturbare il flusso del fluido determinano la capacità di scambio di calore.
Caratteristiche delle pinne semplici:Sono caratterizzate da lunghe pinne rettangolari con pareti lisce. Le loro caratteristiche di trasferimento e flusso di calore sono simili al flusso di fluido in lunghi tubi circolari.
Figura 2: pinna semplice
Caratteristiche delle pinne segate:I canali di fluido sono stampati per essere irregolari, aumentando la turbolenza del fluido e migliorando il processo di trasferimento di calore.
Figura 3: pinna dentata
Caratteristiche delle pinne ondulate:Si tratta di premere determinate ondulazioni/onde in una pinna piana per promuovere la turbolenza del fluido.
Figura 4: Pinna ondulata
Caratteristiche delle pinne perforate:Sono spesso collocati nelle sezioni di distribuzione di ingresso/uscita e dove si verifica un cambiamento di fase del fluido.
Figura 5: pinna perforata
II. Performance delle pinne e parametri fisici
Questi parametri descrivono le caratteristiche di prestazione e le proprietà fisiche delle pinne.
1. Fin Efficienza
Definizione:Il rapporto tra la dissipazione di calore effettiva della pinna e la sua dissipazione di calore ideale (supponendo che l'intera pinna sia alla temperatura della radice).
Impatto:
1Più è alta, più è sottile o più la pinna è fatta di materiale termicamente conduttivo, minore è la sua efficienza (temperatura più bassa della punta).
2Un'efficienza maggiore indica un migliore utilizzo del materiale delle pinne.
Considerazione del progetto:L'obiettivo è quello di rendere l'efficienza delle pinne il più elevata possibile (in genere desiderata > 70-80%).Ciò significa selezionare materiali con buona conduttività termica e progettare razionalmente il rapporto altezza/spessore.
2. diametro idraulico
Definizione:Parametro completo utilizzato per descrivere le caratteristiche dei canali di flusso tra le pinne.
Impatto:Determina le caratteristiche di flusso e il numero di Reynolds (Re) all'interno del canale, influenzando così il coefficiente di trasferimento di calore convettivo e la resistenza al flusso.
Considerazione del progetto:Gli ingegneri lo usano per calcoli di dinamica dei fluidi e trasferimento di calore.
3. Rapporto superficie/volume
Definizione:La superficie di dissipazione del calore fornita per unità di volume del dissipatore di calore.
Impatto:Un rapporto più elevato indica una migliore compattezza del dissipatore di calore, consentendo una maggiore capacità di raffreddamento in uno spazio limitato.
Considerazione del progetto:Nelle applicazioni con spazio limitato (ad esempio, laptop, telefoni cellulari), il raggiungimento di un elevato rapporto superficie/volume è fondamentale.
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