Истраживање новог полупроводничког расхладног система који користи металну пену

Са брзим развојем технологије електронске интеграције, електронски уређаји се такође крећу ка минијатуризацији, малој тежини и интелигенцији. Међутим, минијатуризација интегрисаних електронских уређаја повећава густину снаге док се расипање топлоте такође повећава. Традиционалне технологије хлађења су биле тешке да испуне захтеве хлађења. Због тога је посебно важно проучавати дисипацију топлоте електронских компоненти са великом густином топлотног флукса. У овом раду је предложена ваздушно хлађена метода дисипације топлоте, односно на бази полупроводничке расхладне технологије, у комбинацији са радијатором од пенастог метала, пројектован је расхладни систем и његов ефекат хлађења је тестиран експерименталним модел.

1. Теоријска основа и експериментални уређај

Полупроводнички хладњак је алат за пренос топлоте. Када струја прође кроз пар термопарова формиран од комада полупроводничког материјала типа Н- и комада полупроводничког материјала типа П-, долази до преноса топлоте између два краја, што доводи до температурне разлике до формирају топле и хладне крајеве. Међутим, сам полупроводник има отпор, који генерише топлоту када струја пролази кроз њега, што утиче на пренос топлоте. Топлота између две плоче такође пролази кроз обрнути пренос топлоте кроз ваздух и сам полупроводнички материјал. Када топли и хладни крајеви достигну одређену температурну разлику и две количине преноса топлоте су једнаке, напредни и реверзни пренос топлоте се међусобно поништавају, а температура хладног и топлог краја неће наставити да се мења. Због тога, да би се постигла нижа температура, могу се користити методе као што је дисипација топлоте за смањење температуре врућег краја.

Метална пена је порозан метални материјал са порозношћу већом од 90 одсто и одређеном чврстоћом и крутошћу. Ова врста металног материјала има високу пропусност ваздуха, велику површину пора и малу запреминску густину материјала. Када проток ваздуха пролази, има велику контактну површину, што погодује размени топлоте.

Хлађење се остварује полупроводничким расхладним плочама. С обзиром на то да хладна површина полупроводничког расхладног лима не може бити у директном контакту са објектом за дисипацију топлоте, а природни конвекцијски ефекат преноса топлоте хладне површине хладне површине на ваздух није значајан, он је причвршћен за пјенасти метал. површине за повећање размене топлоте. области, да би се постигао ефекат јачања размене хладне енергије. Полупроводник за хлађење и пенасти метал су повезани силиконском машћу да би се смањио топлотни отпор контакта. Део протока ваздуха одузима енергију хлађења, формирајући хладан ваздух и одводећи топлоту до циља, а врућа површина се такође одузима струјом ваздуха и испушта у околину.

Експеримент користи унакрсно{0}}повезане дупле ваздушне канале, од којих се један користи за извоз хладног ваздуха, а други за извоз топлог ваздуха. Повежите вентилаторе на улазу у канале за хладни и топли ваздух да бисте обезбедили проток ваздуха, а оставите потребне мерне и инсталационе рупе приликом обраде ваздушних канала.

Када је расхладни полупроводник под напоном, ствара се температурна разлика, проток ваздуха кроз хладну површину се хлади да би постао хладан ваздух, а проток ваздуха кроз врућу површину га хлади и испушта из канала за топли ваздух. Што је нижа температура топле стране и што је нижа температура хладне стране, то је бољи ефекат хлађења. Постоје 4 симетричне тачке за мерење температуре (означене као Т5, Т6, Т7, Т8 у експерименту, јединични степен) на излазу из канала за хладни ваздух, а 4 анемометра су распоређена симетрично за мерење температуре излазног ваздуха, док улазни ваздух температура је одређена температуром околине. Инсталирајте анемометар за мерење брзине ветра на излазу. Поред тога, површина пенастог метала у контакту са хладном површином полупроводника је распоређена са 4 мерне тачке симетричне у центру, а 4 термоелемента су тачкасто заварена на бакарној плочи за мерење температуре бакарне плоче заварене на доњој површини пјенастог метала, које прикупља Кеисхлеи систем за прикупљање података. , прикупљено 100 пута, и усредњено респективно (забележено као Т1, Т2, Т3, Т4 у експерименту, јединични степен), коришћено за израчунавање релативног коефицијента преноса топлоте при хлађењу.

Резултати нумеричке симулације температурног поља канала за хладни ваздух овог модела: температура околине је 298К (25 степени), ау симулираном каналу хладног ваздуха од 400мм*100мм*40мм, полупроводнички расхладни чип ради под номиналним условима од 12В и 6А, а материјал од пенастог метала је бакар. , величина је 100мм*100мм*40мм и 5 ппи. Теоријски ефекат хлађења може се потврдити из резултата.

2. Експериментални процес

2.1 Експериментална опрема

1 попречни ваздушни канал од плексигласа, 2 потпуно-бакарна језгра са 80В брзином-регулисаним центрифугалним вентилатором, полупроводник за хлађење (радни услови 12В, 6А) 50мм*50мм, 2 електронска анемометра, 4 електронска анемометра, 1 стакло Подржава термометар, неколико бакарних пенастих метала, ПЦ, бакарни константан термоелемент, боца за лед, Кеисхилеи 2700 систем за прикупљање података, картица за прикупљање података, линеарно стабилизовано напајање итд.

2.3 Експериментални кораци

Направите пробни сто према пројекту и очитајте собну температуру Тс (степен), која је 26,5 степени.

Вентилатор се покреће напајањем од 220В, а расхладни полупроводник се напаја путем линеарног напонског стабилизованог напајања.

Одржавајте брзину ветра В2 вентилатора канала топлог ваздуха непромењеном, подесите радни напон У или струју И полупроводника за хлађење, подесите брзину ветра В1 вентилатора канала за хладни ваздух и очитајте Т1~Т8 редом; затим промените В2, подесите радни напон или струју полупроводника за хлађење и подесите канал за хладни ваздух. Брзина ветра вентилатора В1, читајте Т1~Т8 у низу; поновите као горе, где је В2 0.5м/с, 1.0м/с, 2.0м/с, 3.0м/с, 4.0м/с, В1 је {{20}}.5м/с респективно, 1.0м/с, 1,5м/с, 2.{31 }}м/с, 2,5м/с, 3.0м/с, 3,5м/с, 4.0м/с, (У, И) су (1,4В, 1) респективно .0А) , (3,1В, 2.0А), (46В, 3.{{50}}А), (6,3В, 4,0А), ( 8,2 В, 5,0 А).

Просечна температура на излазу из канала за хладни ваздух Тб=(Т5 плус Т6 плус Т7 плус Т8)/4, просечна температура доње бакарне плоче од металне пене у контакту са хладном површином полупроводника Та{{6 }}(Т1 плус Т2 плус Т3 плус Т4)/4; по формули х*ΔТа* С=К=Цп*(м/т)*ΔТб, израчунај расхладну снагу К и релативни коефицијент преноса топлоте х, где је лева страна једначине снага преноса топлоте хладне површине, а десна страна је снага хлађења израчуната ваздушним хлађењем. С – површина доње површине металне пене, ΔТа=Тс-Та, х је стварни коефицијент преноса топлоте са С као површином преноса топлоте, Цп је специфична топлота ваздуха при собна температура, узмите 1.004КЈ/

Са слике 2 до слике 4, како је брзина ветра у каналу хладног ваздуха мања, температура излазног ваздуха је нижа, а ефекат хлађења је бољи. Што је већа снага расхладног лима, то је нижа температура ваздуха на излазу из канала за хладни ваздух, али када снага достигне максимум у експерименту, температура ваздуха на излазу из канала за хладни ваздух ће се поново повећати, јер услови дисипације топлоте топле површине су ограничени, температура расте, а температура хладне површине је одговарајућа. покупи.

Пошто на експеримент утичу инструменти и околина, иако крива у извесној мери варира, општи закључак је да са повећањем брзине ветра В2 канала топлог ваздуха, температура ваздуха Тб на излазу из канала за хладни ваздух смањује се, а ефекат хлађења је добар.

Прорачуном експерименталних података може се добити стварни коефицијент преноса топлоте х хладне површине са С као површином размене топлоте, снага хлађења К и снага расхладног полупроводника В. Анализа података показује да при само промени брзине ветра и протока на излазу из канала хладног ваздуха, односно пораста к, расте температура излазног ваздуха и расте снага хлађења К; када се промени само снага расхладног полупроводника, односно В расте, температура излазног ваздуха се смањује, а снага хлађења опада. Повећава се снага К; када се мења само брзина ветра канала за топли ваздух, односно повећава се В2, температура излазног ваздуха опада и расхладна снага К расте. Стварни коефицијент пролаза топлоте х хладне површине са С као површином размене топлоте, х расте са повећањем В1, а расте са повећањем В2; али када се снага расхладног полупроводника В повећава, х се постепено смањује.

У експерименту, највећа вредност снаге хлађења К се мери у стању В2=3м/с, У=6.3В, И=4А, В1=4 м/с, што доказује да расхладна снага треба свеобухватно размотрити да ли услови дисипације топлоте задовољавају одговарајућу снагу и квалитет протока ваздуха. Величина протока, брзина расхладног ветра и други фактори.

3. Закључак

У овом раду је дизајниран експериментални прототип који користи полупроводнички расхладни систем од пенастог метала. На основу експерименталних резултата и статистичке анализе података, изводе се следећи закључци:

(1) Под истим условима, што је нижа брзина ветра хладног ваздуха, нижа је температура излазног ваздуха; што је већа електрична снага полупроводника за хлађење, то је нижа температура излазног ваздуха; брзина ветра канала за топли ваздух се повећава, а температура излазног ваздуха канала за хладни ваздух опада.

(2) Под истим условима, излазна брзина ветра канала за хладни ваздух се повећава, температура излазног ваздуха расте, а снага хлађења К расте; снага хладног полупроводника В се повећава, температура излазног ваздуха се смањује, а снага хлађења се повећава; брзина ветра у каналу топлог ваздуха се повећава, температура излазног ваздуха се смањује, снага хлађења се повећава.

(3) Стварни коефицијент пролаза топлоте х хладне површине са С како се површина размене топлоте повећава са повећањем В1, а повећава се са повећањем В2; снага расхладног полупроводника се повећава, а х постепено опада.

(4) За мању снагу хлађења, изаберите нижу брзину хладног ваздуха, већу брзину топлог ваздуха и електричну снагу; за већу снагу хлађења, изаберите већу брзину хладног ваздуха и брзину топлог ваздуха и већу електричну снагу.