ইলেকট্রনিক্স কুলিং এর জন্য কিভাবে সেরা কমপ্যাক্ট হিট এক্সচেঞ্জার নির্বাচন করবেন
Oct 16, 2024
একটি বার্তা রেখে যান
ইলেকট্রনিক পণ্যগুলিতে উচ্চ-শক্তি-ঘনত্বের উপাদানগুলির ব্যবহার দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে, যা তরল শীতলকরণকে উচ্চ তাপ প্রবাহ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি কার্যকর সমাধান করে তোলে, যা বর্তমানে একটি প্রধান প্রবণতা। অন্যান্য কারণের মধ্যে, একটি কার্যকর তরল কুলিং সিস্টেম তার তাপ এক্সচেঞ্জারের তাপ অপচয় ক্ষমতার উপর নির্ভর করে। এই হিট এক্সচেঞ্জারগুলি প্রয়োগের দৃশ্যের উপর নির্ভর করে প্রকার, আকার এবং কনফিগারেশনে পরিবর্তিত হয়।
আমি মৌলিক নির্মাণ
চিত্র 1 একটি সাধারণ জল-থেকে-বাতাস, তরল-ঠান্ডা, বন্ধ-লুপ সিস্টেম দেখায়। আইসি উপাদানগুলির সংস্পর্শে কুল্যান্টটি একটি ঠান্ডা প্লেটের মাধ্যমে পাম্প করা হয়। উপাদানগুলি থেকে শোষিত তাপ তাপ এক্সচেঞ্জারের মাধ্যমে বাতাসে ছড়িয়ে পড়ে এবং শীতল তরল লুপের মাধ্যমে চলতে থাকে, চক্রটি পুনরাবৃত্তি করে।
▲ চিত্র 1. ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য জল ও বায়ু হাইব্রিড কুলিং লুপ
জল থেকে বাতাসে স্থানান্তরিত তাপ গণনা করার সূত্রটি নিম্নরূপ:
কোথায়:
- Tw2: হিট এক্সচেঞ্জারে প্রবেশকারী তরলের তাপমাত্রা;
- Ta: হিট এক্সচেঞ্জারের পার্শ্ববর্তী বায়ু তাপমাত্রা;
- Cmin: বায়ু (Ca) বা জল (Cw) এর তাপ ক্ষমতার হারের চেয়ে ছোট, যা ধ্রুব চাপে ভর প্রবাহ হার এবং নির্দিষ্ট তাপের গুণফল;
- ε: হিট এক্সচেঞ্জারের কার্যকারিতা, তাপ এক্সচেঞ্জারের প্রকৃত তাপ স্থানান্তরের অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় তাপগতিগতভাবে সর্বাধিক সম্ভাব্য তাপ স্থানান্তর।
কোল্ড প্লেটের সংস্পর্শে থাকা IC উপাদানগুলির পৃষ্ঠের তাপমাত্রা সূত্র 2 ব্যবহার করে গণনা করা হয়।
কোথায়:
- Tw1 হল কোল্ড প্লেটের ইনলেটে পানির তাপমাত্রা;
- আরসিপি হল আইসি উপাদান থেকে কোল্ড প্লেট ইনলেটের তাপীয় প্রতিরোধ, উপাদান এবং কোল্ড প্লেটের মধ্যে ইন্টারফেস প্রতিরোধ সহ।
উপাদানগুলি থেকে উত্তাপের কারণে জলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি নিম্নলিখিত সূত্রটি ব্যবহার করে অনুমান করা যেতে পারে:
কোথায়:Cw হল তরলের তাপ ক্ষমতার হার, যা ভর প্রবাহ হার এবং তরলের নির্দিষ্ট তাপের গুণফল।
সূত্র 1-3 একত্রিত করে, আমরা সূত্র 4 বের করি:
এটি আইসি উপাদানগুলির পৃষ্ঠের তাপমাত্রাকে কোল্ড প্লেট এবং হিট এক্সচেঞ্জারের কার্যকারিতার সাথে সংযুক্ত করে।
উপরের সমীকরণে, যদি হিট এক্সচেঞ্জারে বিভিন্ন ধরনের তরল ব্যবহার করা হয়, তাহলে সাবস্ক্রিপ্টগুলি "w" এবং "a" সাধারণ সাবস্ক্রিপ্টগুলি "c" এবং "h" এ পরিবর্তন করা উচিত, যথাক্রমে ঠান্ডা এবং গরম তরলের বৈশিষ্ট্যগুলিকে উপস্থাপন করতে। .
হিট এক্সচেঞ্জার সারফেস এরিয়া
হিট এক্সচেঞ্জারের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল অবশ্যই খুব বড় হতে হবে, বিশেষ করে বাতাসের সংস্পর্শে আসা পাশে। এর কারণ হল তরল শীতলকরণের তুলনায় বায়ু কুলিংয়ে তাপ স্থানান্তর সহগ অনেক কম। বায়ুর দিকে পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি তাপ প্রতিরোধের হ্রাস করে, যা তরল এবং বাতাসের মধ্যে উচ্চ তাপ স্থানান্তর করার অনুমতি দেয়।
তাপকে কার্যকরভাবে অপসারণের জন্য বৃহৎ পৃষ্ঠ অঞ্চলের প্রয়োজনীয়তা থাকা সত্ত্বেও, অনেক প্রকল্পে বড় হিট এক্সচেঞ্জার ইউনিটগুলিকে মিটমাট করার জন্য পর্যাপ্ত জায়গা নেই, বিশেষত উপাদান এবং বোর্ডগুলির জন্য ডিভাইস-স্তরের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে।
উপলব্ধ স্থানের মধ্যে উপযুক্ত তাপ এক্সচেঞ্জার নির্বাচন করা গুরুত্বপূর্ণ। অতিরিক্তভাবে, ভর প্রবাহের হার, উচ্চ নির্দিষ্ট তাপের সাথে তরল ব্যবহার করা বা কুলিং ফ্যানের শক্তি বৃদ্ধির মতো পরামিতিগুলি শীতল কার্যক্ষমতা উন্নত করতে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে।
II হিট এক্সচেঞ্জার পাখনার প্রকারভেদ
হিট এক্সচেঞ্জারগুলির এয়ার সাইড সাধারণত কমপ্যাক্ট ফিনের সাথে লাগানো থাকে যাতে বাতাস এবং তরলের মধ্যে তাপ বিনিময় বৃদ্ধি পায়।
পাখনার ধরন নির্দিষ্ট প্রয়োগের দৃশ্যের জন্য উপযুক্ত হতে হবে। বইটিকমপ্যাক্ট হিট এক্সচেঞ্জারস্ট্রেইট ফিনস, লাউভার ফিনস, স্ট্রিপ ফিনস, ওয়েভি ফিনস এবং পিন ফিনগুলি সহ বেশ কয়েকটি পাখনার ধরন প্রবর্তন করে, যেমনটি চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে।
▲ চিত্র 2. হিট এক্সচেঞ্জার পাখনার প্রকারভেদ
গবেষণায় এয়ার-কুলড হিট এক্সচেঞ্জার এবং পরীক্ষা করা হয়েছেফিন ডিজাইন অপ্টিমাইজ করার জন্য নির্দেশিকা প্রদান করেছেতাপ স্থানান্তর, চাপ হ্রাস, আকার, ওজন এবং খরচ একত্রিত করে।
কলবার্ন ফ্যাক্টর (JH) এবং ঘর্ষণ ফ্যাক্টর (f) ব্যবহার করার জন্য তাপ স্থানান্তর সূচক এবং চাপ ড্রপ সূচক 5 এবং 6 সূত্রে দেখানো হয়েছে।
কোথায়:ρ এবং v হল তরলের ঘনত্ব এবং কাইনেমেটিক সান্দ্রতা।
সূত্র 5-এ স্ট্যান্টন নম্বর (St) নিম্নরূপ পুনর্লিখন করা যেতে পারে:
সূত্রে 5-7, Pr, t, v, NU, এবং Re যথাক্রমে Prandtl সংখ্যা, প্রাচীর শিয়ার স্ট্রেস, তরলের কাইনেমেটিক সান্দ্রতা, নুসেল্ট নম্বর এবং রেনল্ডস সংখ্যাকে প্রতিনিধিত্ব করে।
চিত্র 3 চিত্র 2 এ দেখানো পাখনা কাঠামোর জন্য (JH/f) অনুপাত এবং রেনল্ডস সংখ্যার মধ্যে সম্পর্ক দেখায়।
▲ চিত্র 3. ফিন স্ট্রাকচার এবং রেনল্ডস নম্বরের মধ্যে সম্পর্ক
চিত্র 3 থেকে এটি স্পষ্টভাবে দেখা যায় যে যখন হিট এক্সচেঞ্জারের মূল নকশার ফ্যাক্টরটি চাপ ড্রপের প্রতি ইউনিট তাপ স্থানান্তর হয়, তখন সোজা পাখনাগুলি সবচেয়ে কার্যকরী হয়, তারপরে লাউভার, তরঙ্গায়িত, অফসেট স্ট্রিপ এবং পিনের পাখনা কাঠামো।
বিভিন্ন বায়ুগতির অবস্থার অধীনে, সরল পাখনার তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা ছিল সর্বনিম্ন।
চিত্র 4-এ, প্রতি ইউনিট উচ্চতা এবং রেনল্ডস নম্বর অনুপাতের তাপ স্থানান্তর নির্দেশ করে যে পিনের পাখনাগুলি সবচেয়ে উপযুক্ত কনফিগারেশন, যার পরে লাউভার, অফসেট স্ট্রিপ, তরঙ্গায়িত এবং সোজা পাখনা রয়েছে।
▲ চিত্র 4. বিভিন্ন হিট এক্সচেঞ্জার কনফিগারেশনের জন্য প্রতি ইউনিট উচ্চতায় তাপ স্থানান্তর
আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ডিজাইন ফ্যাক্টর হল ওজন। উদাহরণস্বরূপ, অ্যাভিওনিক্স সিস্টেমে ব্যবহৃত হিট এক্সচেঞ্জারগুলিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য প্রায়শই লাউভার ফিনগুলিকে অগ্রাধিকার দেওয়া হয়, তারপরে তরঙ্গায়িত, অফসেট স্ট্রিপ, পিন এবং সোজা পাখনার নকশাগুলিকে অগ্রাধিকার দেয়৷
III কমপ্যাক্ট হিট এক্সচেঞ্জার কুল্যান্ট
সিস্টেম এবং প্রয়োগের উপর নির্ভর করে, ছোট তাপ এক্সচেঞ্জারগুলি বিভিন্ন ধরণের তরল ব্যবহার করে। নির্দিষ্ট কিছু তরলে তাপ স্থানান্তর বেশি থাকে এবং প্রতি ইউনিট আয়তনে আরও কার্যকর তাপ প্রসারণ থাকে।
এটি ব্যাখ্যা করার জন্য, একটি উন্মুক্ত সিস্টেমে এনথালপি পরিবর্তনের কারণে তাপ পরিবহন বিবেচনা করুন, সূত্র 8 এ দেখানো হয়েছে।
কোথায়:
(ρ হল তরল ঘনত্ব, V হল বেগ, এবং A হল ক্রস-বিভাগীয় এলাকা), Cp হল স্থির চাপে নির্দিষ্ট তাপ।
যদি বেগ এবং ক্রস-বিভাগীয় এলাকাকে ধ্রুবক হিসাবে বিবেচনা করা হয়, Cp এবং ρ বিভিন্ন তরল ব্যবহার করার সময় তাপ স্থানান্তর নির্ধারণ করে।
সারণি 1 300K এ ইথিলিন গ্লাইকল, জল এবং বায়ুর জন্য Cp, ρ, μ, এবং k-এর মান দেখায়।
▲ সারণী 1. সাধারণ কুল্যান্টের থার্মোডাইনামিক বৈশিষ্ট্য
সারণি 1 দেখায় যে উচ্চ ঘনত্ব এবং তাপ ক্ষমতা সহ তরলগুলি আরও তাপ অপসারণ করতে পারে। এই ধরনের তরল ব্যবহার উচ্চ তাপ প্রবাহ অ্যাপ্লিকেশনে তাপ স্থানান্তর উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।
যাইহোক, ভাল তাপ স্থানান্তর ক্ষমতা সহ তরল ব্যবহার করার জন্য সিস্টেমের মাধ্যমে তরল চালাতে উচ্চ পাম্প শক্তি প্রয়োজন।
কুল্যান্ট সঞ্চালনের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি কমাতে, তাপ এক্সচেঞ্জার ফুটন্ত তাপ স্থানান্তর ব্যবহার করে।
কিছু সিস্টেমে, কুল্যান্ট তাপ উৎস থেকে তাপ শোষণ করে এবং বাষ্পীভূত হয়।
সিস্টেমের জটিলতার উপর ভিত্তি করে, গরম কুল্যান্টকে একটি ফিনড কনডেন্সার বিভাগের মাধ্যমে পাম্প করা হয়, যেখানে কুল্যান্টটি ঠান্ডা হয় এবং তরল পর্যায়ে ফিরে আসে।
যেহেতু কুল্যান্ট তরল থেকে গ্যাসে পর্যায় পরিবর্তন করে এবং ঘনত্ব কম হয়ে যায়, তাই কুল্যান্ট সঞ্চালনের জন্য প্রয়োজনীয় পাম্পিং শক্তি ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়।
ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলি দ্রুত অগ্রসর হওয়ার সাথে সাথে উপাদানগুলির উচ্চ শক্তির ঘনত্ব রয়েছে, কমপ্যাক্ট হিট এক্সচেঞ্জারগুলি ইলেকট্রনিক শীতল সমাধানগুলিতে অপরিহার্য হয়ে উঠছে।
এই ডিভাইসগুলি সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করার জন্য, তাদের ধারণা, সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতাগুলি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। হিট এক্সচেঞ্জার সিস্টেমগুলি সঠিকভাবে ব্যবহার করার জন্য, চাপ হ্রাস, তাপ স্থানান্তর, আকার, ওজন এবং খরচের মতো ডিজাইনের বিষয়গুলিকে অগ্রাধিকার দিতে হবে।