Bij verschillende toepassingen kunnen technische beslissingen met betrekking tot de optimale oplossing voor koellichamen afhankelijk zijn van de kosten en prestaties. In theorie lijkt het eenvoudig om het product met de laagste kosten te verkrijgen dat aan de prestatie-eisen voldoet. Klanten kiezen er zelfs vaak voor om de prestatiespecificaties te wijzigen (door verschillende chips te gebruiken) of bepaalde prestaties op te offeren (zoals het degraderen van chips op basis van de omstandigheden) wanneer ze met hoge prijzen te maken krijgen.
Dit artikel vergelijkt verschillende koellichamen op basis van warmtepijpen/dampkamer voor prestatie- en kostenindicatoren:
Prestaties: Gebruik het FloTHERM CFD-softwarepakket om de algehele prestaties van het koellichaam Δ T te berekenen.
Kosten: Ervan uitgaande dat de batchgrootte groot genoeg is, zullen de investeringskosten van de harde mal niet worden weerspiegeld in de eenheidsprijs. Bovendien is de eenheidsprijs relatief ten opzichte van de oplossing met de laagste kosten (1 keer, 1,1 keer, enz.), omdat het vergroten van de batchgrootte de eenheidskosten zal verlagen.
Ontwerpparameters voor koellichaam
Vermogen warmtebron: 250 watt
Afmeting warmtebron: 30 x 30 mm
Maximale omgevingstemperatuur: 25 graden
Luchtstroomsnelheid: 40 kubieke voet per minuut (CFM)
Condensor: klikvin maat 115 * 85 * 65 mm
Laten we beginnen met het meest basale ontwerp en ons geleidelijk verdiepen in complexe processen om te zien hoe de prestaties en kosten door het ontwerp worden beïnvloed.
1. Heatpipe-koellichaam op aluminium- of koperbasis
U-vormige heatpipe-koellichaam met aluminium basis
Dit is het meest traditionele ontwerp van een heatpipe-radiator. Vier U-vormige warmtepijpen worden op een aluminium of koperen basis gelast en vervolgens in contact gebracht met een warmtebron. Warmte moet eerst door de basis gaan, waarna ze de warmtepijp kunnen bereiken.
Behalve het buigen zijn er geen andere secundaire bewerkingen uitgevoerd op de vier 6 mm heatpipes, hoewel het contactoppervlak tussen de heatpipes en de basis in dit voorbeeld enigszins vlak is.
CFD van Heat Pipe-radiator met aluminium basis
Het FloThermal-model laat zien dat de temperatuur van het koellichaam 53,9 graden hoger is dan de omgevingstemperatuur (78,9 graden -25 graden =maximumreferentietemperatuur - omgevingstemperatuur), en we gebruiken deze temperatuur als prestatiebenchmark, met een kostenbenchmark gedefinieerd als 1 keer.
Als hogere prestaties vereist zijn, kan een koperen basis worden gebruikt in plaats van een aluminium basis. De thermische geleidbaarheid van een koperen basis is twee keer zo groot als die van een aluminium basis, dus de prestaties van een koperen basis zijn met 2,3 graden verbeterd. Het ontwerp van de koperen basis verhoogt de kosten met 5% in vergelijking met de aluminium basis, en er is ook een lichte gewichtstoename.
2. Heatpipe-koellichaamradiator met direct contact
Direct contact heatpipe-radiator
Dit ontwerp maakt direct contact mogelijk tussen de warmtebron en de warmtepijp, waardoor de warmte-absorberende basis- en interfacematerialen (soldeer dat wordt gebruikt om de warmtepijp aan de basis te bevestigen) worden geëlimineerd. Om echter de noodzakelijke oppervlaktegladheid te verkrijgen, moet de heatpipe machinaal worden bewerkt (secundaire bewerking).
CFD van Direct Contact Heat Pipe-radiator
Door direct contact tussen de heatpipe en de warmtebron zijn de prestaties van dit ontwerp van het koellichaam verbeterd tot 49,3 graden, wat 4,6 graden hoger is dan de benchmark en 2,3 graden hoger dan het ontwerp met een koperen basis. Het vereist echter extra verwerking van de basis (inbedding van de warmtepijp) en verwerking van de warmtepijp, wat 1,1 maal de kosten zijn van het benchmarkontwerp (10% duurder).
3. U-vormig koellichaam met uniforme temperatuurplaat
U-vormig koellichaam met uniforme temperatuurplaat
Deze oplossing vervangt vier heatpipes van 6 mm door een enkele U-vormige dampkamer. Qua ontwerp lijkt het het meest op een koellichaam met een direct contact-heatpipe, waardoor de warmtebron-CPU in direct contact kan komen met de tweefasige componenten. De belangrijke overweging bij de keuze voor dit ontwerp is of de leverancier van het koellichaam een geïntegreerde dampkamer kan vervaardigen, aangezien traditionele tweedelige ontwerpen niet in een U-vorm kunnen worden gebogen.
CFD van U-vormig koellichaam met uniforme temperatuurplaat
Vergeleken met het directe contact-heatpipe-ontwerp zijn de prestaties van de vc-koellichaamoplossing met 21,5% (11,6 graden) verbeterd, terwijl de kosten slechts met 4,55% zijn gestegen. De toename in wanddikte van het vc-koellichaam resulteerde echter in een toename van ongeveer 75 gram in het gewicht van de koellichaamradiator.
4. 3D-koellichaam met uniforme temperatuurplaat
3D-koellichaam met uniforme temperatuurplaat
In dit ontwerp is de warmte-absorberende bodemplaat een dampkamer die een stoomdoorgang deelt met de verticale condensorwarmtepijp. Tijdens de productiefase worden 8 warmtepijpen van het open type gesoldeerd in een dampkamerplaat met openingen; De dampkamer staat in direct contact met de warmtebron, verdeelt de warmte gelijkmatig langs het XY-vlak en verspreidt de warmte naar de vinnen via verticale warmtepijpen.
CFD van 3D-koellichaam met dampkamer
Dit ontwerp heeft de beste prestaties, maar de kosten zijn hoog. Vergeleken met zijn naaste concurrent, het U-vormige vc-koelplaatontwerp, is de temperatuur met bijna 2 graden gedaald (de prestaties zijn met 4,9% gestegen), maar de prijs is verdubbeld (met 117% gestegen).
Er moet echter worden opgemerkt dat deze casus de potentiële voordelen van een 3D-dampkamerontwerp niet volledig benadrukte. Naarmate de vereiste bodemplaatgrootte toeneemt, neemt ook het prestatieverschil tussen deze oplossing en het U-vormige ontwerp van de dampkamerplaat toe.
samenvatting
Onderstaande tabel laat zien dat het vervangen van het materiaal of de tweefasige componenten van het koellichaam een aanzienlijke prestatieverbetering kan opleveren. Van het op aluminium gebaseerde koellichaam tot de 3D vc-koelplaatoplossing: de prestaties zijn met 17 graden verbeterd, maar de kosten zijn met 150% gestegen.
Vergelijking van radiatorprestaties en kosten
Door de basis te vervangen door kopermateriaal met een sterkere thermische geleidbaarheid of door de warmtepijp in direct contact te brengen met de warmtebron, kan een gematigde prestatieverbetering van ongeveer 7% -15% en een kostenstijging (ten opzichte van de benchmark) worden bereikt .
Het ontwerp met de beste totale waarde gegeven de toepassingsparameters kan een koellichaam met dampkamers zijn. Hoewel het 15% duurder is dan de benchmarkprijs, zijn de prestaties met 28% verbeterd (met 15,2 graad).
Populaire tags: 250W koellichamen met heatpipes / dampkamer, China, leveranciers, fabrikanten, fabriek, aangepast, gratis monster, gemaakt in China
