چگونه می توان صفحه ای را که دارای نقطه سرد دائمی مستقیماً بالای کانال خنک کننده آب است عیب یابی کرد؟

یک اسکن مادون قرمز از یک صفحه گرمایش، یک میدان دمای تقریباً یکسان- را نشان می‌دهد، به جز یک نوار آبی سرد مجزا که مستقیماً بالای کانال خنک‌کننده داخلی قرار دارد. المان‌های بخاری کاملاً فعال می‌مانند، با این حال یک ناهنجاری حرارتی موضعی در هر چرخه باقی می‌ماند و یک الگوی نقص تکرارپذیر را در قطعات پردازش شده نشان می‌دهد.

موثرعیب یابی صفحه خنک کننده نقطه سرد بالای صفحه کانال خنک کنندهنیاز به درک این موضوع دارد که چگونه هندسه خنک کننده داخلی می تواند بر توزیع حرارت سطحی تسلط داشته باشد و یک سینک حرارتی موضعی ایجاد کند.

علت اصلی: اتصال کوتاه حرارتی-از طریق کانال خنک کننده

کانال خنک کننده عمدا به عنوان یک هیت سینک طراحی شده است. هنگامی که خیلی نزدیک به سطح کار قرار می گیرد یا به اندازه کافی از عناصر بخاری جدا نمی شود، می تواند یک مسیر حرارتی مستقیم با مقاومت کم- ایجاد کند.

نقطه سرد یک سایه حرارتی است که توسط رودخانه پنهان مایع خنک کننده ایجاد می شود ...

در این شرایط، جریان گرما ترجیحاً به جای انتشار یکنواخت در بدنه صفحه، به سمت مدار آب سرد مهاجرت می کند. این منجر به ایجاد یک منطقه سرد پایدار و موضعی می شود که مستقیماً با موقعیت کانال تراز است.

عوامل کلیدی کمک کننده عبارتند از:

نزدیکی بیش از حد بین کانال خنک کننده و سطح کار

المان های بخاری که در پشت صفحه کانال خنک کننده قرار گرفته یا از آن جدا شده اند

سرعت جریان مایع خنک کننده بالا یا دمای بیش از حد پایین ورودی مایع خنک کننده

پخش حرارتی جانبی ناکافی در داخل مواد صفحه

رفتار حرارتی و عدم تعادل جریان گرما

در یک صفحه به درستی طراحی شده، گرمای ورودی از هیترهای تعبیه شده قبل از استخراج توسط خنک کننده کنترل شده به طور یکنواخت توزیع می شود. هنگامی که هندسه نامتعادل است، یک "مدار کوتاه{1}} حرارتی" تشکیل می شود.

درعیب یابی صفحه خنک کننده نقطه سرد بالای صفحه کانال خنک کننده، مکانیسم زیر به طور معمول مشاهده می شود:

گرما از طریق عناصر گرمایش مقاومتی وارد می شود

کانال خنک‌کننده به‌عنوان یک سینک{0}}رسانایی بالا موضعی عمل می‌کند

خطوط شار حرارتی به سمت ناحیه کانال خنک کننده خم می شوند

دمای سطح بالای کانال به طور مداوم سرکوب می شود

این منجر به یک نوار سرد پایدار و تکرارپذیر می‌شود که به تغییرات دمای جهانی به طور یکنواخت پاسخ نمی‌دهد.

مراحل ارزیابی تشخیصی

نقشه برداری حرارتی و بازرسی سیستم معمولاً نشان می دهد:

نوار سرد پایدار تراز با هندسه کانال خنک کننده

حداقل واکنش منطقه سرد به افزایش خروجی گرم کن جهانی

همبستگی قوی بین دمای مایع خنک کننده و شدت نقطه سرد

کاهش گرادیان حرارتی دور از منطقه نفوذ کانال

تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) معمولاً در طول اعتبارسنجی طراحی برای شبیه‌سازی این برهمکنش‌های{0}}حالت پایدار حرارتی استفاده می‌شود. مدل‌های FEA می‌توانند قبل از ساخت فیزیکی «مدارهای{2}}کوتاه حرارتی را شناسایی کنند و فاصله‌های نامناسب بین بخاری‌ها، کانال‌های خنک‌کننده و سطح کار را برجسته کنند.

اقدامات اصلاحی و راهبردهای کاهش

استراتژی‌های اصلاح به ترتیب پیچیدگی و محدودیت‌های سیستم اعمال می‌شوند.

تنظیم دمای مایع خنک کننده

اولین رویکرد کاهش شامل کاهش گرادیان حرارتی بین صفحه و خنک کننده است:

دمای مایع خنک کننده ممکن است افزایش یابد

سرعت استخراج حرارت کاهش می یابد

شدت لکه های سرد تا حدی کاهش می یابد

این رویکرد معمولاً با الزامات فرآیند محدود می شود و ممکن است نقص را به طور کامل برطرف نکند.

تعادل حرارتی از طریق تنظیم منبع حرارت

اگر اصلاح مایع خنک کننده کافی نباشد، توزیع بخاری باید دوباره ارزیابی شود:

عناصر بخاری ممکن است نزدیکتر به مناطق آسیب دیده قرار گیرند

مناطق گرمایش موضعی اضافی ممکن است معرفی شوند

توزیع توان ممکن است مجدداً متعادل شود تا تلفات ناشی از کانال- جبران شود

این تنظیمات یکنواختی سطح را بدون تغییر ساختاری بهبود می بخشد.

مقاوم سازی سازه و افزایش پخش حرارت

برای موارد مداوم، طراحی مجدد فیزیکی یا مقاوم سازی مورد نیاز است:

کانال های خنک کننده ممکن است وصل شوند یا در صورت امکان جابجا شوند

ممکن است ماشینکاری مجدد سطح-برای بازیابی مسطح بودن انجام شود

ممکن است برای توزیع مجدد گرما، لایه‌های{0} رسانایی بالا (ورق‌های مس یا گرافیت) اضافه شوند.

پوشش های سطح ممکن است پس از اصلاح حرارتی مجددا اعمال شوند

این روش ها هدایت حرارتی جانبی را بهبود می بخشد و اثرات موضعی فروکش حرارتی را کاهش می دهد.

طراحی-سطح پیشگیری با استفاده از FEA حرارتی

بهترین روش نشان می دهد که پیشگیری باید در طول طراحی اولیه مورد توجه قرار گیرد. FEA حرارتی برای مدل سازی استفاده می شود:

محل قرارگیری بخاری نسبت به هندسه کانال خنک کننده

توزیع شار حرارتی در سراسر ضخامت صفحه

یکنواختی دمای سطح-وضعیت ثابت

حساسیت به تغییرات دمای مایع خنک کننده

پارامتر طراحی حیاتی:

فاصله بین کانال خنک کننده و صفحه بخاری باید برای جلوگیری از تسلط موضعی حرارتی کافی باشد

فاصله نامناسب منجر به گرادیان های حرارتی پایدار می شود که به تنهایی از طریق تنظیم عملیاتی به طور کامل اصلاح نمی شوند.

نتیجه گیری

یک نقطه سرد مداوم بالای کانال خنک کننده یک عدم تعادل طراحی حرارتی کلاسیک در سیستم های صفحه است. موثرعیب یابی صفحه خنک کننده نقطه سرد بالای صفحه کانال خنک کنندهبا بازگرداندن تعادل بین حرارت ورودی و استخراج خنک کننده، یا از طریق تنظیم دمای مایع خنک کننده یا طراحی مجدد ساختاری مسیرهای حرارتی داخلی، به دست می آید.

یک صفحه به عنوان یک میدان نبرد متعادل بین آتش و یخ عمل می کند و یک نقطه سرد منطقه ای را نشان می دهد که یخ در آن پیروز می شود. پایداری طولانی مدت تنها زمانی حاصل می‌شود که منابع حرارتی و سینک‌های خنک‌کننده از طریق طراحی عمدی یا مقاوم‌سازی معتبر از نظر هندسی و حرارتی هماهنگ باشند.