1200 W Isı Kaynağı için Spiral Akış Kanalı Sıvı Soğutma Plakasının Tasarımı Üzerine Araştırma

1200 W gücündeki ekipmanların ısı dağıtım sistemlerinde, geleneksel düz kanallı plakalar genellikle yerel ısı birikimi ve düşük ısı değişim verimliliği gibi sorunlarla karşılaşır. Bu tasarım, 150 mm x 150 mm boyutlarında ve 25 mm kalınlığında bir pervane plakası hedefleyerek, 140 mm çapındaki bir ısı kaynağıyla uyumludur. Spiral bir akış kanalındaki akışkan akış yolunu optimize ederek, ısı kaynağından düzgün bir ısı transferi ve verimli bir ısı dağılımı sağlayarak, ekipmanın uzun vadeli istikrarlı çalışması için gereken ısı dağıtım gereksinimlerini karşılar. Tasarımda kullanılan: sürtünme karıştırma kaynağı alt plaka ve kapak plakası ile işlem

“Isı kaynağına uyum sağlama ve akış alanını optimize etme” esas alınarak, spiral akış kanalının temel parametreleri, 1200W ısı kaynağının ısı dağılımı gereksinimleri ve pervane plakasının boyutlarıyla doğru eşleşmeyi sağlayacak şekilde belirlenmiştir:

Akış kanalı genişliği 8 mm, derinliği ise 18 mm olarak ayarlanmıştır (yapısal dayanıklılığı sağlamak için 7 mm'lik bir plaka kalınlığı ayrılmıştır). Tek daireli bir akış kanalının uzunluğu yaklaşık 439.6 mm'dir (ısı kaynağının 140 mm çapına göre hesaplanmıştır), toplam 2.5 daire ile yaklaşık 1099 mm'lik bir akış kanalı uzunluğu elde edilir.

Akışkan akış direncini ve ısı değişim temas alanını dengelemek için 15°'lik sabit bir giriş açısı benimsenmiştir. Aşırı küçük bir giriş açısı akışkanın durgunlaşmasına neden olurken, aşırı büyük bir giriş açısı ısı değişim süresini kısaltır. 15°'lik bir açı, 1200 W'lık ısı kaynağı tarafından üretilen ısının, yerel birikme olmadan akış kanalı boyunca eşit şekilde aktarılmasını sağlar.

Giriş ve çıkış delikleri, çark plakasının zıt köşelerinde (kenardan 20 mm) yer almaktadır. Giriş çapı 10 mm, çıkış çapı ise 12 mm olup, geleneksel ısı dağıtım akışkanı boru hatlarıyla uyumludur. Aynı zamanda, giriş ve çıkış akışkanları arasında karışmayı önleyerek akış alanının stabilitesini sağlar.

•Maksimum Isı Değişim Alanı: Aynı boyuttaki düz kanallarla karşılaştırıldığında, spiral akış kanalı ısı değişim alanını yaklaşık %60 oranında artırarak, 140 mm çapındaki ısı kaynağının ısıtma alanıyla tam temas kurabilir ve 1200 W gücünde üretilen ısıyı hızla emebilir.

•Akış Alanında Ölü Bölge Yok: Spiral yol, akışkanın (soğutma sıvısı gibi) 25 mm kalınlığındaki plakanın içinde bir "spiral döngü" oluşturmasını sağlayarak düz kanallardaki "kısa devre akışı" sorununu ortadan kaldırır. 140 mm'lik ısı kaynağı alanında, sıcaklık farkı 5°C içinde kontrol edilerek, homojen bir sıcaklık sağlar.

•Yapısal Uyumluluk: 150 mm x 150 mm dış boyut, çoğu 1200 W sınıfı ekipmanın kurulum alanına doğrudan uyarlanabilir. 25 mm kalınlık, ekipman yapısında ek ayarlamalara gerek kalmadan ısı dağılımı verimliliği ve ekipman kompaktlığı arasında denge sağlar.

1200 W'lık ısı kaynağı çalıştığında, ısı, ısı iletimi yoluyla pervane plakası gövdesine aktarılır. Spiral akış kanalındaki akışkan (ısı ileten yağ veya soğutma sıvısı gibi), akış kanalı boyunca 15°'lik bir açıyla akar. 1099 mm'lik toplam akış kanalı uzunluğu boyunca, "konvektif ısı değişimi" yoluyla sürekli olarak ısı emer. Aynı zamanda, spiral akış kanalının spiral yapısı, akışkanın türbülans etkisini artırarak, laminer akışa kıyasla ısı değişim verimliliğini yaklaşık %40 artırır. Son olarak, 1200 W'lık ısı kaynağının hızlı bir şekilde soğutulmasını sağlayarak, ekipmanın temel bileşenlerinin sıcaklığının güvenli eşik değerde tutulmasını sağlar.

Tasarımın uygulanabilirliğini daha ileri düzeyde doğrulamak için aşağıdaki iki husus gerçekleştirilebilir:

1. Simülasyon Doğrulaması: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyon yazılımını kullanın Ansys 2022 R1 1200W ısı kaynağı altında akış alanı ve sıcaklık alanını simüle etmek ve spiral akış kanalındaki akışkan hızının (0.8-1.2 m/s'de kontrol edilmesi önerilir) ve ısı kaynağı alanındaki maksimum sıcaklığın tasarım hedeflerini karşılayıp karşılamadığını doğrulamak.

2.Fiziksel Test: 150×150×25mm boyutlarında bir spiral akış kanalı çark plakası örneği üretin, bunu 140mm çapında 1200W simüle edilmiş bir ısı kaynağı ile donatın, farklı akış hızları altında ısı dağılımı verimliliğini test edin, soğutma etkisini geleneksel düz kanallı çark plakasıyla karşılaştırın ve akış kanalı ayrıntılarını optimize edin.

1200 W ısı kaynağının üç temel koşulu olan 150x150x25 mm pervane plakası boyutu ve 140 mm ısı kaynağı çapını merkez alan bu tasarım, spiral akış kanalının parametre optimizasyonu ve yapısal tasarımı sayesinde sınırlı bir alanda ısı değişim alanı, akış alanı kararlılığı ve yapısal uyumluluk arasında bir denge sağlar. 1200 W sınıfı ekipmanlar için verimli ve kompakt bir ısı dağılımı çözümü sunarken, aynı zamanda benzer boyutlardaki pervane plakalarının akış kanalı tasarımı için referans parametreler ve fikirler sunar.