Часто задаваемые вопросы о пластинах для охлаждения жидкостей

Наши инженеры по продажам и инженеры по работе с клиентами имеют сомнения и фундаментальные вопросы о некоторых концепциях и конструкциях жидкостных охлаждающих пластин. Благодаря содержанию этой статьи вы можете обратиться ко многим техническим параметрам в процессе проектирования жидкостных охлаждающих пластин.

Часто задаваемые вопросы

Вы можете нажать на раздел, который вас интересует:

1. Что такое пластина жидкостного охлаждения?

Жидкостная охлаждающая пластина является эффективным устройством теплообмена. Конструктивно она в основном изготовлена ​​из металлических материалов, обычно меди или алюминия. Поскольку медь имеет высокую теплопроводность, а алюминий относительно дешев и легок, эти металлы могут быстро проводить тепло.Основной частью являются каналы, спроектированные внутри. Охлаждающая жидкость (обычно вода или охлаждающая жидкость на водной основе со специальными добавками, а также существуют другие специально разработанные жидкости) циркулирует в этих каналах. Когда жидкостная охлаждающая пластина находится в тесном контакте с нагревательными компонентами, тепло передается от нагревательных компонентов к жидкостной охлаждающей пластине. Охлаждающая жидкость протекает по каналам, поглощает тепло жидкостной охлаждающей пластины и отводит тепло, тем самым реализуя охлаждение нагревательных компонентов.С точки зрения сценариев применения жидкостная охлаждающая пластина широко используется в электронной области. Например, в высокопроизводительных серверах ключевые компоненты, такие как ЦП и ГП, генерируют большое количество тепла, и жидкостная охлаждающая пластина может эффективно снижать температуру этих компонентов, обеспечивая их стабильную работу. В электромобилях аккумулятор и двигатель во время работы выделяют тепло, а пластина жидкостного охлаждения может рассеивать тепло этих компонентов, обеспечивая производительность и безопасность аккумулятора, а также продлевая срок его службы.

2. Какие параметры необходимы для проектирования пластины с жидкостным охлаждением?

Тепловая нагрузка: Необходимо уточнить количество тепла, которое должна отводить жидкостно-охлаждающая пластина. Это зависит от мощности нагревательных элементов, контактирующих с ней, и является основой конструкции. Обычно используется единица измерения — ватты (Вт).

Тепловое сопротивление: отражает способность пластины с жидкостным охлаждением сопротивляться передаче тепла. Чем меньше тепловое сопротивление, тем лучше эффект рассеивания тепла. Единица измерения — кельвин на ватт (К/Вт).

Температура окружающей среды : температурные условия рабочей среды жидкостной охлаждающей пластины. Например, в некоторых промышленных условиях температура может быть относительно высокой, в то время как в обычном электронном оборудовании температура окружающей среды относительно низкая. Единица измерения — градусы Цельсия (℃) или кельвины (K).

Целевая рабочая температура: то есть диапазон температур, который должна поддерживать пластина жидкостного охлаждения для нагревательного элемента. Различные элементы (например, высокопроизводительные чипы или батареи) имеют разные оптимальные диапазоны рабочих температур. Расход: расход охлаждающей жидкости в каналах жидкостной охлаждающей пластины. Он напрямую влияет на эффективность теплопередачи. Обычно выражается в литрах в минуту (л/мин) или кубических метрах в секунду (м³/с).

Удельная теплоемкость: Различные теплоносители (например, вода, раствор этиленгликоля и т. д.) имеют разную удельную теплоемкость. Чем больше удельная теплоемкость, тем больше тепла поглощается или выделяется при одинаковом изменении массы и температуры. Единица измерения — джоули на килограмм-кельвин (Дж/(кг·К)).

Вязкость: Она влияет на сопротивление потоку охлаждающей жидкости в каналах. Чем выше вязкость, тем больше сопротивление потоку и тем легче возникают потери давления при движении жидкости по трубам. Единица измерения — паскаль-секунды (Па·с).

Теплопроводность: Чем выше теплопроводность материала (например, меди, алюминия и т. д.) пластины жидкостного охлаждения, тем быстрее тепло передается от нагревательного элемента к охлаждающей жидкости. Единица измерения — ватты на метр кельвина (Вт/(м·К)).

Механическая прочность: Гарантируется, что пластина жидкостного охлаждения не будет деформирована или повреждена в процессе обработки, установки и эксплуатации, включая прочность на растяжение, прочность на сжатие и другие показатели.

Длина, ширина и глубина канала потока: эти параметры определяют площадь поперечного сечения и общий объем канала потока, которые, в свою очередь, влияют на скорость потока и время пребывания охлаждающей жидкости в канале. Единицы измерения — метры (м) или миллиметры (мм).

Технология сварки: Например, использование различных методов сварки, таких как сварка трением с перемешиванием (FSW), пайка, лазерная сварка и аргонодуговая сварка, по-разному влияет на герметичность и прочность сварного шва пластины жидкостного охлаждения. Качество сварки напрямую связано с надежностью и сроком службы пластины жидкостного охлаждения.

Схема расположения каналов: она может быть различной, например, прямые каналы, змеевидные каналы, параллельные каналы и т. д. Различные схемы по-разному влияют на распределение потока и потери давления, и должны проектироваться в соответствии с конкретными требованиями к теплоотводу и характеристиками жидкости.

3. Каковы методы обработки пластин с жидкостным охлаждением?

Основные процессы производства пластины жидкостного охлаждения следующие: сварка трением с перемешиванием, которая использует трение между перемешивающей головкой и заготовкой для генерации тепла для размягчения материала и образования сварного шва. Этот метод сварки отличается высоким качеством и не требует сварочной проволоки; пайка, которая использует припой с низкой температурой плавления, который нагревается и расплавляется для заполнения сварного шва, достигая хорошего эффекта соединения; вакуумная диффузионная сварка, при которой свариваемые детали находятся в тесном контакте в вакуумной среде, а атомы диффундируют для достижения соединения, в результате чего получается высокопрочный сварной шов; аргонодуговая сварка, которая проводит сварку с защитой аргонового газа для дуги, а сварной шов красивый и имеет стабильное качество; процесс штамповки, который штампует металлическую пластину в определенную форму и подходит для предварительного формирования пластины жидкостного охлаждения со сложной структурой. Эти процессы обеспечивают качество и производительность пластины жидкостного охлаждения.

4. Каковы преимущества пластинчатого радиатора с жидкостным охлаждением по сравнению с традиционными радиаторами с воздушным охлаждением?

Пластины жидкостного охлаждения обладают высокой эффективностью рассеивания тепла и могут сделать температуру нагреваемых компонентов более равномерной. Они могут соответствовать требованиям рассеивания тепла оборудования высокой плотности мощности и меньше подвержены влиянию температуры окружающей среды. С другой стороны, рассеивание тепла воздушным охлаждением имеет простую структуру, низкую стоимость и не требует дополнительной охлаждающей жидкости. Его установка и обслуживание относительно удобны. В сценариях с ограниченным пространством пластины жидкостного охлаждения могут более компактно расположить компоненты рассеивания тепла. Однако в некотором оборудовании малой мощности, где требования рассеивания тепла не очень высоки, воздушное охлаждение по-прежнему играет важную роль из-за своей экономичности и простоты эксплуатации.

5. Применение пластин с жидкостным охлаждением в центрах обработки данных

В центрах обработки данных жидкостная охлаждающая пластина играет решающую роль. Поскольку серверы и другое оборудование в центрах обработки данных генерируют большое количество тепла во время работы, жидкостная охлаждающая пластина может эффективно рассеивать тепло. Она плотно прилегает к нагревательным элементам, а охлаждающая жидкость циркулирует во внутренних каналах, чтобы быстро отводить тепло. По сравнению с традиционным воздушным охлаждением жидкостная охлаждающая пластина имеет более высокую эффективность рассеивания тепла и работает тише. Это помогает снизить температуру в центре обработки данных, обеспечить стабильную работу оборудования, сократить сбои и ухудшение производительности, вызванные перегревом, и продлить срок службы оборудования, предоставляя мощную гарантию рассеивания тепла для эффективной и надежной работы центра обработки данных.

6. Какова ключевая роль пластины с жидкостным охлаждением в отводе тепла от аккумулятора и двигателя?

С точки зрения рассеивания тепла батареи, пластина жидкостного охлаждения играет решающую роль. Во время процесса зарядки и разрядки батареи выделяется тепло. Если тепло накапливается, это повлияет на производительность и безопасность батареи. Пластина жидкостного охлаждения плотно прикреплена к батарее. Благодаря циркулирующему потоку охлаждающей жидкости она эффективно отводит тепло и поддерживает температуру батареи в подходящем диапазоне, тем самым продлевая срок службы батареи, улучшая эффективность зарядки и разрядки батареи и снижая риск теплового разгона. Для рассеивания тепла двигателя, когда двигатель работает, тепло выделяется из-за тока, проходящего через такие компоненты, как обмотки и железные сердечники. Пластина жидкостного охлаждения может быстро передавать тепло охлаждающей жидкости. Поскольку жидкость имеет большую удельную теплоемкость, она может поглощать большое количество тепла, при этом повышение температуры относительно небольшое. Это обеспечивает стабильность рабочей температуры двигателя, снижает повреждение изоляции обмоток двигателя, вызванное высокой температурой, снижает потери двигателя, повышает выходную мощность и эффективность работы двигателя, а также обеспечивает надежную работу двигателя в различных условиях эксплуатации.

7. Как спроектировать структуру проточного канала пластины жидкостного охлаждения с учетом различной мощности и формы источника нагрева?

Увеличение расхода: Поскольку мощный источник тепла генерирует большое количество тепла, для своевременного отвода тепла требуется больший расход охлаждающей жидкости. Ширина и глубина каналов для потока могут быть увеличены, или же может быть увеличено количество каналов, например, за счет использования нескольких параллельных каналов для увеличения общего расхода охлаждающей жидкости.

Оптимизация компоновки каналов: разработка более сложной компоновки каналов, например, змеевидной или спиральной, для увеличения площади контакта и времени контакта между охлаждающей жидкостью и источником тепла, что позволит повысить эффективность теплоотвода.

Соответствующее снижение расхода: Для источников тепла малой мощности чрезмерный расход охлаждающей жидкости не требуется. Размер каналов для потока можно соответствующим образом уменьшить, чтобы снизить расход охлаждающей жидкости и избежать ненужных потерь энергии. Простая конструкция каналов для потока. Можно использовать простой канал постоянного тока. Эта конструкция проста, имеет низкие технологические затраты и одновременно может удовлетворить требованиям к теплоотводу источников тепла малой мощности.

Конструкция, соответствующая форме источника тепла: Когда источник тепла имеет правильную форму, каналы для потока могут быть спроектированы геометрической формы, аналогичной форме источника тепла. Например, для квадратного источника тепла можно спроектировать квадратную сетку каналов для потока; для круглого источника тепла можно спроектировать кольцевые каналы для потока. Это позволяет равномерно распределять охлаждающую жидкость внутри каналов для потока и обеспечивает равномерное рассеивание тепла по всем частям источника тепла. Симметричная компоновка. При проектировании каналов для потока используется симметричная компоновка, позволяющая охлаждающей жидкости равномерно течь к источнику тепла со всех сторон, что дополнительно улучшает равномерность рассеивания тепла.

Проектирование с разделением: Разделите источник тепла неправильной формы на несколько относительно правильных областей, а затем спроектируйте соответствующую структуру каналов для потока для каждой области. Например, для многоугольного источника тепла его можно разделить на несколько треугольных или четырехугольных областей, а затем спроектировать соответствующие каналы для потока.

Гибкая регулировка каналов потока: В зависимости от конкретной формы источника тепла, гибко регулируйте ширину, глубину и направление каналов потока, чтобы они максимально точно соответствовали контуру источника тепла и обеспечивали эффективную передачу тепла охлаждающей жидкости.

8. Как спроектировать каналы потока, чтобы обеспечить равномерный отвод тепла для нерегулярных нагревательных элементов?

Согласно характеристикам нагрева чипа, разделите поверхность нерегулярного чипа на несколько различных областей. Эти области могут быть разделены в соответствии с такими факторами, как плотность распределения тепла и части, где сосредоточено тепло. Например, для чипа с несколькими ядрами и неравномерным нагревом разделите область, где находится каждое ядро, на отдельную область. Оцените требования к рассеиванию тепла каждой области, чтобы определить скорость потока охлаждающей жидкости и эффективность рассеивания тепла, необходимые для каждой области. Например, конструкция канала потока, соответствующая области с большим количеством выделяемого тепла, должна быть более благоприятной для быстрого потока и теплообмена охлаждающей жидкости.

9. Каковы преимущества и недостатки различных металлических материалов жидкостной охлаждающей пластины?

Обычные материалы для пластин жидкостного охлаждения включают медь, алюминий и нержавеющую сталь. Медные пластины жидкостного охлаждения имеют преимущество в том, что их теплопроводность чрезвычайно выдающаяся. Благодаря высокому коэффициенту теплопроводности они могут быстро отводить тепло и подходят для сценариев рассеивания тепла высокой мощности. Они также обладают хорошими характеристиками обработки и могут быть изготовлены в сложные конструкции. Однако медь имеет высокую стоимость и большую плотность, что приводит к большому весу.

Алюминиевая пластина жидкостного охлаждения имеет низкую стоимость, и цена доступна, что выгодно для снижения общей стоимости. Она легкая и подходит для оборудования, чувствительного к весу. В то же время она имеет хорошую теплопроводность и может соответствовать большинству обычных требований по рассеиванию тепла. Тем не менее, алюминий обладает слабыми антиоксидантными свойствами и склонен к образованию оксидной пленки, которая влияет на теплопроводность, а его механическая прочность не так хороша, как у других материалов. Пластина жидкостного охлаждения из нержавеющей стали имеет сильную коррозионную стойкость и может использоваться в суровых условиях, таких как влажная, кислотная и щелочная среда. Она имеет высокую механическую прочность и может выдерживать большие внешние силы. Но недостатком является то, что ее теплопроводность относительно плохая, а эффективность теплопередачи низкая, поэтому она не очень подходит для случаев с чрезвычайно высокими требованиями к эффективности рассеивания тепла.

10. Как настроить расход и давление пластины жидкостного охлаждения и циркуляционного водяного насоса для достижения наилучшего эффекта отвода тепла?

Во-первых, необходимо оценить мощность нагрева источника тепла (например, чипов, аккумуляторов и т. д.). В общем случае, чем больше мощность нагрева, тем больше требуемый расход охлаждающей жидкости. Например, для мощного серверного ЦП может потребоваться относительно большой расход (например, несколько десятков литров в минуту или даже выше) для своевременного отвода тепла, чтобы гарантировать, что температура не превысит безопасный рабочий диапазон.

Отрегулируйте скорость потока в соответствии с эффективностью теплообмена пластины жидкостного охлаждения. Если пластина жидкостного охлаждения спроектирована с большой площадью теплообмена и эффективной структурой канала потока, относительно низкая скорость потока может быть достаточной для удовлетворения требований по рассеиванию тепла; в противном случае скорость потока может потребоваться увеличить. Как правило, эффективность теплообмена пластины жидкостного охлаждения связана с такими факторами, как конструкция канала потока и теплопроводность материала.

Скорость потока не является чем больше, тем лучше. Чрезмерная скорость потока может привести к чрезмерному давлению в системе, повышенному потреблению энергии и ненужному воздействию на охлаждающую пластину и трубы. Слишком маленькая скорость потока не может отвести тепло вовремя, что приводит к плохому эффекту рассеивания тепла. Необходимо выполнять точную настройку на практике в соответствии с удельным эффектом рассеивания тепла и условиями работы системы, чтобы найти значение потока, которое может удовлетворить требованиям рассеивания тепла без напрасной траты ресурсов.

Структура, длина, степень изгиба внутренних каналов потока жидкости – охлаждающей пластины и толщина труб будут влиять на сопротивление системы. Например, сложная конструкция канала потока (например, змеевидный канал потока) и длинная труба увеличат сопротивление системы. В это время циркуляционный водяной насос должен обеспечивать более высокое давление для обеспечения нормального потока охлаждающей жидкости. Вообще говоря, в соответствии с общим сопротивлением системы можно выбрать водяной насос с подходящим диапазоном давления. Обычный диапазон давления водяных насосов варьируется от нескольких паскалей до нескольких десятков паскалей.

Убедитесь, что давление может преодолеть локальное сопротивление в системе. Такие детали, как трубные соединения и клапаны в системе, могут вызывать локальные перепады давления. При проектировании системы следует учитывать эти факторы, влияющие на давление, а давление водяного насоса следует разумно выбирать для обеспечения стабильного потока охлаждающей жидкости во всей системе цикла охлаждения жидкости.

Колебание давления циркуляционного водяного насоса повлияет на стабильность работы системы жидкостного охлаждения. Поэтому очень важно выбрать водяной насос со стабильным выходным давлением. Некоторые высококачественные циркуляционные водяные насосы используют передовые технологии управления (например, управление преобразованием частоты) для поддержания стабильности давления, тем самым гарантируя, что система жидкостного охлаждения может обеспечить надежные эффекты рассеивания тепла в различных рабочих условиях.

11. Каков стандарт сопротивления давлению для охлаждающих пластин для жидкостей общепромышленного и автомобильного назначения?

Промышленные пластины жидкостного охлаждения:Способность сопротивления давлению промышленных пластин жидкостного охлаждения обычно составляет около 1–3 МПа. Это связано с тем, что в обычной промышленной среде система жидкостного охлаждения в основном должна иметь дело с обычным рабочим давлением оборудования, определенной степенью колебаний давления в трубопроводе и изменениями давления, возникающими в процессе циркуляции охлаждающей жидкости. Например, в системах охлаждения некоторого промышленного оборудования автоматизации и оборудования базовых станций связи способность сопротивления давлению 1–3 МПа может удовлетворить требованиям большинства сценариев использования.

Пластины жидкостного охлаждения автомобильного класса, из-за сложной рабочей среды транспортного средства, включая вибрацию транспортного средства, большой диапазон изменения температуры и чрезвычайно высокие требования к безопасности, их стандарты сопротивления давлению обычно выше. Способность сопротивления давлению пластин жидкостного охлаждения автомобильного класса, как правило, составляет около 3–5 МПа. При охлаждении силовой системы транспортного средства (например, аккумуляторной батареи и приводного двигателя электромобиля) более высокая способность сопротивления давлению может обеспечить стабильную работу системы жидкостного охлаждения в различных рабочих условиях транспортного средства (например, резкое ускорение и резкое торможение) и предотвратить проблемы безопасности, такие как разрыв пластины жидкостного охлаждения и утечка охлаждающей жидкости, вызванные резкими изменениями давления. В то же время соответствующие стандарты и правила в автомобильной промышленности также имеют строгие требования к безопасности и надежности системы жидкостного охлаждения, что также способствует тому, чтобы пластины жидкостного охлаждения автомобильного класса имели более высокие характеристики сопротивления давлению.

12. Каков разумный диапазон расхода охлаждающей жидкости внутри пластины жидкостного охлаждения на основе различной мощности рассеивания тепла? Например, расход источника тепла мощностью 1000 Вт и пластины жидкостного охлаждения. Сколько литров в минуту нам нужно достичь?

Согласно принципу теплового равновесия, тепло, отводимое теплоносителем, равно теплу, выделяемому источником тепла. Формула теплоты имеет вид Q, где Q — тепло (в джоулях), m — массовый расход (в килограммах в секунду), c — удельная теплоемкость теплоносителя (удельная теплоемкость воды составляет около 4200 Дж/кг.˚C), а Δtm — разность температур между входом и выходом теплоносителя. Соотношение между массовым расходом и объемным расходом V (в литрах в минуту) имеет вид ρ=m/V, где ρ — плотность теплоносителя (плотность воды составляет около 1000 кг/м3=1 кг/л). Для источника тепла мощностью 1 киловатт (1000 Вт) предположим, что разность температур Δtm между входом и выходом теплоносителя составляет (общий диапазон значений составляет 5-15˚C).

13. Как минимизировать вес и размер пластин с жидкостным охлаждением, чтобы обеспечить оптимальную эффективность рассеивания тепла?

Чтобы минимизировать вес и размер пластины жидкостного охлаждения, обеспечивая при этом эффект рассеивания тепла, можно приложить усилия по нескольким аспектам. С точки зрения конструкции можно использовать микроканалы, а размер каналов можно сделать меньше, чтобы увеличить площадь контакта между охлаждающей жидкостью и стенками канала и повысить эффективность рассеивания тепла; или можно спроектировать фрактальный канал потока для достижения сложного и эффективного пути охлаждающей жидкости в небольшом пространстве. С точки зрения компоновки, в соответствии с формой источника тепла можно выполнить плотно прилегающую конструкцию, чтобы сократить отходы пространства. Ее также можно интегрировать с такими компонентами, как радиаторы. С точки зрения выбора материала можно использовать новые композитные материалы с высокой теплопроводностью и низкой плотностью, такие как композитные материалы на основе углерода или металлические пенные материалы, для снижения веса, обеспечивая при этом теплопроводность. В технологии обработки можно использовать лазерную обработку и технологию 3D-печати для создания тонких структур каналов, точного контроля размера и сокращения использования материалов. Благодаря интеграции этих аспектов можно добиться оптимального эффекта рассеивания тепла пластиной жидкостного охлаждения, минимизировав при этом вес и размер.

14. Влияние конструкции микроканалов на производительность пластин с жидкостным охлаждением

С точки зрения эффективности рассеивания тепла микроканал может значительно увеличить площадь теплообмена. Благодаря небольшому размеру канала в том же объеме можно разместить больше каналов, что увеличит площадь контакта между охлаждающей жидкостью и поверхностью стенки и обеспечит быструю передачу тепла. Кроме того, микроканал делает поток охлаждающей жидкости близким к ламинарному, с тонким слоем жидкости и значительным эффектом стенки, усиливая процесс теплопередачи. С точки зрения давления и характеристик потока микроканал увеличит сопротивление потоку. Из-за небольшого размера увеличивается сопротивление трения охлаждающей жидкости, требуя более высокого давления для того, чтобы заставить охлаждающую жидкость течь. В то же время выше требование к однородности потока, а неоднородность повлияет на эффект рассеивания тепла. С точки зрения материалов и методов обработки микроканал предъявляет высокие требования к теплопроводности и производительности обработки материалов. Необходимо выбирать материалы с высокой теплопроводностью и легкой обработкой. А для обработки требуются высокоточные методы обработки, такие как лазерная обработка и 3D-печать. Хотя эти методы могут соответствовать требованиям, они дороги и сложны в эксплуатации.

Наши инженеры обобщили множество статей в блогах о пластинах с жидкостным охлаждением в процессе проектирования и производства, что может предоставить инженерам наших клиентов некоторые справочные материалы для проектирования.

1. Подробный анализ конструкции пластины жидкостного охлаждения NVIDIA GB200.

2. Испытание на надежность пластин жидкостного охлаждения в условиях солевого тумана в соответствии со стандартом IEC 60068-2-52.

3. Анализ проблем коррозии и выбор материалов для каналов пластин жидкостного охлаждения.

4. Жидкость для системы охлаждения: все, что вам нужно знать.

5. Жидкостные охлаждающие пластины: Полное руководство по эффективным решениям в области терморегулирования.

6. 10 самых важных теплопроводящих материалов, о которых вам нужно знать в 2025 году.

7. Как предотвратить утечки в конструкции пластин жидкостного охлаждения.

8. Проектирование и оптимизация каналов для потока жидкости в пластинах с жидкостным охлаждением.

9. Как оптимизировать конструкцию микроканалов жидкостной охлаждающей пластины.

10. Выбор охлаждающей жидкости для систем жидкостного охлаждения.

11. Как определить преимущества и недостатки конструкции с жидкостной охлаждающей пластиной?

12. Медная пластина для жидкостного охлаждения против алюминиевой пластины для жидкостного охлаждения.

13. Что такое жидкостная охлаждающая пластина электромобиля?

14. Технология адаптации к отбеливанию и анодированию сварных швов при сварке трением с перемешиванием.

Добавьте текст заголовка здесь