تکنیکی خبریں؛ پاور الیکٹرانکس آلات کے لیے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ہیٹ ایکسچینج ٹیکنالوجی پر تحقیق

 خلاصہ

پاور الیکٹرانک پاور ڈیوائسز کی گرمی کی کھپت کی ضروریات کو مدنظر رکھتے ہوئے، ان کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کی ہیٹ ایکسچینج ٹیکنالوجی کا گہرائی سے مطالعہ کیا گیا ہے۔پاور ڈیوائس کولنگ کے لیے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ساختی خصوصیات اور تکنیکی ضروریات کے مطابق، مختلف ڈھانچے والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے تھرمل کارکردگی کے ٹیسٹ کیے جاتے ہیں، اور معاون تصدیق کے لیے سمولیشن کیلکولیشن سافٹ ویئر استعمال کیا جاتا ہے۔آخر میں، اسی درجہ حرارت میں اضافے کے ٹیسٹ کے نتائج کے تحت، مختلف ڈھانچے والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کی خصوصیات کا موازنہ کیا گیا جس میں دباؤ میں کمی، حرارت کی کھپت فی یونٹ حجم، اور پاور ڈیوائس بڑھنے والی سطحوں کے درجہ حرارت کی یکسانیت کا موازنہ کیا گیا۔تحقیقی نتائج اسی طرح کے ساختی ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کے ڈیزائن کے لیے ایک حوالہ فراہم کرتے ہیں۔

مطلوبہ الفاظ:ریڈی ایٹرہوا کولنگ؛تھرمل کارکردگی؛گرمی کے بہاؤ کی کثافت 

0 دیباچہ

پاور الیکٹرانکس سائنس اور ٹیکنالوجی کی سائنسی ترقی کے ساتھ، پاور الیکٹرانکس پاور ڈیوائسز کا اطلاق زیادہ وسیع ہے۔جو چیز الیکٹرانک ڈیوائسز کی سروس لائف اور کارکردگی کا تعین کرتی ہے وہ خود ڈیوائس کی کارکردگی اور الیکٹرانک ڈیوائس کا آپریٹنگ درجہ حرارت ہے، یعنی ریڈی ایٹر کی حرارت کی منتقلی کی صلاحیت جو الیکٹرانک ڈیوائس سے گرمی کو ختم کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔فی الحال، 4 W/cm2 سے کم ہیٹ فلوکس کثافت والے پاور الیکٹرانک آلات میں، زیادہ تر ایئر کولڈ کولنگ سسٹم استعمال کیے جاتے ہیں۔گرمی سنک.

Zhang Liangjuan et al.FloTHERM کا استعمال ایئر کولڈ ماڈیولز کی تھرمل سمولیشن کرنے کے لیے کیا، اور تجرباتی ٹیسٹ کے نتائج کے ساتھ نقلی نتائج کی وشوسنییتا کی تصدیق کی، اور ایک ہی وقت میں مختلف کولڈ پلیٹوں کی گرمی کی کھپت کی کارکردگی کا تجربہ کیا۔

یانگ جِنگشن نے تین مخصوص ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز (یعنی سیدھے فن ریڈی ایٹرز، دھاتی جھاگ سے بھرے مستطیل چینل ریڈی ایٹرز، اور ریڈیل فن ریڈی ایٹرز) کو تحقیقی اشیاء کے طور پر منتخب کیا، اور ریڈی ایٹرز کی حرارت کی منتقلی کی صلاحیت کو بڑھانے کے لیے CFD سافٹ ویئر کا استعمال کیا۔اور بہاؤ اور حرارت کی منتقلی کی جامع کارکردگی کو بہتر بنائیں۔

وانگ چانگ چانگ اور دیگر نے ائر کولڈ ریڈی ایٹر کی حرارت کی کھپت کی کارکردگی کی تقابلی تجزیہ کے لیے تجرباتی اعداد و شمار کے ساتھ ملا کر گرمی کی کھپت سمولیشن سافٹ ویئر FLOTHERM کا استعمال کیا، اور ٹھنڈک ہوا کی رفتار، دانتوں کی کثافت اور پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کیا۔ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی گرمی کی کھپت کی کارکردگی پر اونچائی۔

شاؤ کیانگ وغیرہ۔مثال کے طور پر ایک مستطیل کنارہ دار ریڈی ایٹر لے کر جبری ہوا کو ٹھنڈا کرنے کے لیے درکار حوالہ ہوا کے حجم کا مختصراً تجزیہ کیا۔ریڈی ایٹر کی ساختی شکل اور فلو مکینکس کے اصولوں کی بنیاد پر، کولنگ ایئر ڈکٹ کا ہوا کی مزاحمت کے تخمینے کا فارمولہ اخذ کیا گیا تھا۔پنکھے کے PQ خصوصیت کے وکر کے مختصر تجزیے کے ساتھ مل کر، پنکھے کے اصل ورکنگ پوائنٹ اور وینٹیلیشن ہوا کا حجم تیزی سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔

پین شوجی نے تحقیق کے لیے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کا انتخاب کیا، اور گرمی کی کھپت کے حساب کتاب، ریڈی ایٹر کے انتخاب، ایئر کولڈ ہیٹ ڈسپیپشن کیلکولیشن اور ہیٹ ڈسپیشن ڈیزائن میں پنکھے کے انتخاب کے مراحل کی مختصر وضاحت کی، اور سادہ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر ڈیزائن کو مکمل کیا۔ICEPAK تھرمل سمولیشن سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے، Liu Wei et al.ریڈی ایٹرز کے لیے وزن میں کمی کے ڈیزائن کے دو طریقوں کا تقابلی تجزیہ کیا (فن کے درمیان فاصلہ بڑھانا اور پنکھ کی اونچائی کو کم کرنا)۔یہ کاغذ بالترتیب پروفائل، سپیڈ ٹوتھ اور پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کی ساخت اور حرارت کی کھپت کی کارکردگی کو متعارف کرایا ہے۔

1 ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کا ڈھانچہ

1.1 عام طور پر استعمال ہونے والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز

عام ایئر کولڈ ریڈی ایٹر دھاتی پروسیسنگ کے ذریعے بنتا ہے، اور ٹھنڈک ہوا ریڈی ایٹر کے ذریعے بہتی ہے تاکہ الیکٹرانک ڈیوائس کی حرارت کو ماحولیاتی ماحول میں منتقل کیا جا سکے۔عام دھاتی مواد میں، چاندی میں سب سے زیادہ تھرمل چالکتا 420 W/m*K ہے، لیکن یہ مہنگا ہے۔

تانبے کی تھرمل چالکتا 383 W/m· K ہے، جو نسبتاً چاندی کی سطح کے قریب ہے، لیکن پروسیسنگ ٹیکنالوجی پیچیدہ ہے، لاگت زیادہ ہے اور وزن نسبتاً بھاری ہے۔

6063 ایلومینیم مرکب کی تھرمل چالکتا 201 W/m· K ہے۔ یہ سستا ہے، اچھی پروسیسنگ خصوصیات، آسان سطح کا علاج، اور اعلی قیمت کی کارکردگی ہے۔

لہذا، موجودہ مین اسٹریم ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کا مواد عام طور پر اس ایلومینیم کھوٹ کا استعمال کرتا ہے۔شکل 1 میں دو عام ایئر کولڈ ہیٹ سنک دکھائے گئے ہیں۔عام طور پر استعمال شدہ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر پروسیسنگ طریقوں میں بنیادی طور پر درج ذیل شامل ہیں:

(1) ایلومینیم کھوٹ ڈرائنگ اور تشکیل، حرارت کی منتقلی کا علاقہ فی یونٹ حجم تقریباً 300 میٹر تک پہنچ سکتا ہے۔²/m³، اور کولنگ کے طریقے قدرتی ٹھنڈک اور زبردستی وینٹیلیشن کولنگ ہیں۔

(2) ہیٹ سنک اور سبسٹریٹ ایک ساتھ جڑے ہوئے ہیں، اور ہیٹ سنک اور سبسٹریٹ کو riveting، epoxy رال بانڈنگ، بریزنگ ویلڈنگ، سولڈرنگ اور دیگر عمل کے ذریعے جوڑا جا سکتا ہے۔اس کے علاوہ، سبسٹریٹ کا مواد بھی تانبے کا مرکب ہو سکتا ہے۔گرمی کی منتقلی کا رقبہ فی یونٹ حجم تقریباً 500 m2/m3 تک پہنچ سکتا ہے، اور کولنگ کے طریقے قدرتی کولنگ اور زبردستی وینٹیلیشن کولنگ ہیں۔

(3) بیلچے کے دانت کی تشکیل، اس قسم کا ریڈی ایٹر ہیٹ سنک اور سبسٹریٹ کے درمیان تھرمل مزاحمت کو ختم کر سکتا ہے، ہیٹ سنک کے درمیان فاصلہ 1.0 ملی میٹر سے کم ہو سکتا ہے، اور فی یونٹ حجم میں حرارت کی منتقلی کا علاقہ تقریباً 2500 تک پہنچ سکتا ہے۔ m²/m³.پروسیسنگ کا طریقہ تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے، اور کولنگ کا طریقہ زبردستی ہوا کولنگ ہے۔

تصویر 1. عام طور پر استعمال ہونے والا ایئر کولڈ ہیٹ سنک

تصویر 2. بیلچہ ٹوتھ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی پروسیسنگ کا طریقہ

1.2 پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر

پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر ایک قسم کا ایئر کولڈ ریڈی ایٹر ہے جس پر متعدد حصوں کو بریزنگ کے ذریعے عمل کیا جاتا ہے۔یہ بنیادی طور پر تین حصوں جیسے ہیٹ سنک، پسلی پلیٹ اور بیس پلیٹ پر مشتمل ہے۔اس کا ڈھانچہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ کولنگ پنکھ چپٹے پنکھوں، نالیدار پنکھوں، لڑکھڑاتے پنکھوں اور دیگر ڈھانچے کو اپنا سکتے ہیں۔پسلیوں کی ویلڈنگ کے عمل پر غور کرتے ہوئے، 3 سیریز کے ایلومینیم مواد کو پسلیوں، ہیٹ سنکس اور بیسز کے لیے منتخب کیا جاتا ہے تاکہ پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ویلڈیبلٹی کو یقینی بنایا جا سکے۔پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے فی یونٹ حجم میں حرارت کی منتقلی کا رقبہ تقریباً 650 m2/m3 تک پہنچ سکتا ہے، اور کولنگ کے طریقے قدرتی کولنگ اور زبردستی وینٹیلیشن کولنگ ہیں۔

تصویر 3. پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر

2 مختلف ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کی تھرمل کارکردگی

2.1عام طور پر استعمال شدہ پروفائل ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز

2.1.1 قدرتی گرمی کی کھپت

عام طور پر استعمال ہونے والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز بنیادی طور پر الیکٹرانک آلات کو قدرتی ٹھنڈک کے ذریعے ٹھنڈا کرتے ہیں، اور ان کی گرمی کی کھپت کی کارکردگی بنیادی طور پر گرمی کی کھپت کے پنکھوں کی موٹائی، پنکھوں کی پچ، پنکھوں کی اونچائی، اور گرمی کی کھپت کے پنکھوں کی لمبائی پر منحصر ہوتی ہے۔ ٹھنڈک ہوا کے بہاؤ کی سمت کے ساتھ۔قدرتی گرمی کی کھپت کے لیے، گرمی کی کھپت کا مؤثر علاقہ جتنا بڑا ہوگا، اتنا ہی بہتر ہے۔سب سے سیدھا طریقہ یہ ہے کہ پنکھوں کی جگہ کو کم کیا جائے اور پنکھوں کی تعداد میں اضافہ کیا جائے، لیکن پنکھوں کے درمیان فاصلہ اتنا چھوٹا ہے کہ قدرتی کنویکشن کی باؤنڈری پرت کو متاثر کر سکے۔ایک بار جب ملحقہ پن کی دیواروں کی باؤنڈری پرتیں آپس میں مل جاتی ہیں، تو پنکھوں کے درمیان ہوا کی رفتار تیزی سے کم ہو جائے گی، اور گرمی کی کھپت کا اثر بھی تیزی سے گر جائے گا۔ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی تھرمل کارکردگی کی نقلی کیلکولیشن اور ٹیسٹ کا پتہ لگانے کے ذریعے، جب گرمی کی کھپت کے فن کی لمبائی 100 ملی میٹر ہے اور ہیٹ فلوکس کثافت 0.1 ڈبلیو/سینٹی میٹر ہے۔²، مختلف پنوں کے وقفے کے گرمی کی کھپت کا اثر شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ بہترین فلم کا فاصلہ تقریبا 8.0 ملی میٹر ہے۔اگر کولنگ پنکھوں کی لمبائی بڑھ جاتی ہے، تو بہترین پنکھوں کا فاصلہ بڑا ہو جائے گا۔

تصویر 4۔سبسٹریٹ درجہ حرارت اور پنکھ کی جگہ کے درمیان تعلق
  

2.1.2 زبردستی کنویکشن کولنگ

کوروگیٹڈ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے ساختی پیرامیٹرز ہیں پن کی اونچائی 98 ملی میٹر، پن کی لمبائی 400 ملی میٹر، پن کی موٹائی 4 ملی میٹر، فن کا فاصلہ 4 ملی میٹر، اور کولنگ ایئر ہیڈ آن کی رفتار 8 میٹر فی سیکنڈ ہے۔ایک نالیدار ہوا سے ٹھنڈا ریڈی ایٹر جس کی ہیٹ فلوکس کثافت 2.38 W/cm ہے۔²درجہ حرارت میں اضافے کے ٹیسٹ کا نشانہ بنایا گیا۔ٹیسٹ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ریڈی ایٹر کے درجہ حرارت میں اضافہ 45 K ہے، ٹھنڈک ہوا کے دباؤ کا نقصان 110 Pa ہے، اور گرمی کی کھپت فی یونٹ حجم 245 kW/m ہے۔³.اس کے علاوہ، طاقت کے اجزاء کی بڑھتی ہوئی سطح کی یکسانیت ناقص ہے، اور اس کے درجہ حرارت کا فرق تقریباً 10 °C تک پہنچ جاتا ہے۔فی الحال، اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، تانبے کے ہیٹ پائپوں کو عام طور پر ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی تنصیب کی سطح پر دفن کیا جاتا ہے، تاکہ بجلی کے اجزاء کی تنصیب کی سطح کے درجہ حرارت کی یکسانیت کو گرمی کے پائپ بچھانے کی سمت میں نمایاں طور پر بہتر بنایا جا سکے۔ اثر عمودی سمت میں واضح نہیں ہے.اگر سبسٹریٹ میں وانپ چیمبر ٹیکنالوجی کا استعمال کیا جاتا ہے، تو پاور پرزنٹ چڑھنے والی سطح کے درجہ حرارت کی مجموعی یکسانیت کو 3 °C کے اندر کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اور ہیٹ سنک کے درجہ حرارت میں اضافے کو بھی ایک خاص حد تک کم کیا جا سکتا ہے۔اس ٹیسٹ پیس کو تقریباً 3 ° C تک کم کیا جا سکتا ہے۔

تھرمل سمولیشن کیلکولیشن سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے، انہی بیرونی حالات میں، سیدھے دانتوں اور نالیدار کولنگ پنوں کا سمیولیشن کیلکولیشن کیا جاتا ہے، اور نتائج شکل 5 میں دکھائے گئے ہیں۔ سیدھے دانت کولنگ کے ساتھ پاور ڈیوائس کی بڑھتی ہوئی سطح کا درجہ حرارت پنکھوں کا درجہ حرارت 153.5 °C ہے، اور نالیدار کولنگ پنکھوں کا درجہ حرارت 133.5 °C ہے۔لہذا، کوروگیٹڈ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ٹھنڈک کی صلاحیت سیدھے دانت والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر سے بہتر ہے، لیکن دونوں کے پنکھوں کے درجہ حرارت میں یکسانیت نسبتاً خراب ہے، جس کا کولنگ کی کارکردگی پر زیادہ اثر پڑتا ہے۔ ریڈی ایٹر کے.

تصویر 5۔سیدھے اور نالیدار پنکھوں کا درجہ حرارت کا میدان

2.2 پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر

پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے ساختی پیرامیٹرز درج ذیل ہیں: وینٹیلیشن والے حصے کی اونچائی 100 ملی میٹر ہے، پنکھوں کی لمبائی 240 ملی میٹر ہے، پنکھوں کے درمیان فاصلہ 4 ملی میٹر ہے، ہیڈ آن فلو کی رفتار ٹھنڈک ہوا کا 8 m/s ہے، اور گرمی کے بہاؤ کی کثافت 4.81 W/cm ہے².درجہ حرارت میں اضافہ 45°C ہے، ٹھنڈک ہوا کے دباؤ کا نقصان 460 Pa ہے، اور گرمی کی کھپت فی یونٹ حجم 374 kW/m ہے۔³.کوروگیٹڈ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے مقابلے میں، فی یونٹ والیوم میں گرمی کی کھپت کی صلاحیت میں 52.7 فیصد اضافہ ہوا ہے، لیکن ہوا کے دباؤ کا نقصان بھی زیادہ ہے۔

2.3 بیلچہ ٹوتھ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر

ایلومینیم بیلچہ ٹوتھ ریڈی ایٹر کی تھرمل کارکردگی کو سمجھنے کے لیے، فن کی اونچائی 15 ملی میٹر، پنکھ کی لمبائی 150 ملی میٹر، پنکھ کی موٹائی 1 ملی میٹر، پنکھ کا فاصلہ 1 ملی میٹر، اور کولنگ ایئر ہیڈ آن ہے۔ رفتار 5.4 میٹر فی سیکنڈ ہے۔2.7 ڈبلیو/سینٹی میٹر کے ہیٹ فلوکس کثافت کے ساتھ بیلچہ دانت ایئر کولڈ ریڈی ایٹر²درجہ حرارت میں اضافے کے ٹیسٹ کا نشانہ بنایا گیا۔ٹیسٹ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ریڈی ایٹر پاور عنصر کی بڑھتی ہوئی سطح کا درجہ حرارت 74.2°C ہے، ریڈی ایٹر کے درجہ حرارت میں اضافہ 44.8K ہے، ٹھنڈک ہوا کے دباؤ کا نقصان 460 Pa ہے، اور گرمی کی کھپت فی یونٹ حجم 4570 kW/m تک پہنچ جاتی ہے۔³.

3 نتیجہ

مندرجہ بالا ٹیسٹ کے نتائج کے ذریعے، مندرجہ ذیل نتائج اخذ کیے جا سکتے ہیں۔

(1) ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ٹھنڈک کی صلاحیت کو اونچے اور کم کے لحاظ سے ترتیب دیا گیا ہے: بیلچہ ٹوتھ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر، پلیٹ فن ایئر کولڈ ریڈی ایٹر، کوروگیٹڈ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر، اور سیدھے دانت والا ایئر کولڈ ریڈی ایٹر۔

(2) نالیدار ایئر کولڈ ریڈی ایٹر اور سیدھے دانت والے ایئر کولڈ ریڈی ایٹر میں پنکھوں کے درمیان درجہ حرارت کا فرق نسبتاً بڑا ہے، جس کا ریڈی ایٹر کی ٹھنڈک کی صلاحیت پر بہت زیادہ اثر پڑتا ہے۔

(3) قدرتی ایئر کولڈ ریڈی ایٹر میں بہترین فن فاصلہ ہوتا ہے، جسے تجربے یا نظریاتی حساب سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔

(4) بیلچہ ٹوتھ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کی ٹھنڈک کی مضبوط صلاحیت کی وجہ سے، اسے اعلی مقامی ہیٹ فلوکس کثافت والے الیکٹرانک آلات میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ماخذ: مکینیکل اینڈ الیکٹریکل انجینئرنگ ٹیکنالوجی والیم 50 شمارہ 06

مصنفین: Sun Yuanbang، Li Feng، Wei Zhiyu، Kong Lijun، Wang Bo، CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.

دستبرداری

مندرجہ بالا مواد انٹرنیٹ پر عوامی معلومات سے آتا ہے اور صنعت میں صرف مواصلات اور سیکھنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔مضمون مصنف کی آزاد رائے ہے اور ڈونگ سو ہائیڈرولکس کی پوزیشن کی نمائندگی نہیں کرتا ہے۔اگر کام کے مواد، کاپی رائٹ وغیرہ کے ساتھ مسائل ہیں، تو براہ کرم اس مضمون کو شائع کرنے کے 30 دنوں کے اندر ہم سے رابطہ کریں، اور ہم متعلقہ مواد کو فوری طور پر حذف کر دیں گے۔

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.تین ذیلی ادارے ہیں:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd.، اورگوانگ ڈونگ بوکاڈ ریڈی ایٹر میٹریل کمپنی لمیٹڈ
کی ہولڈنگ کمپنیFoshan Nanhai Dongxu ہائیڈرولک مشینری کمپنی، لمیٹڈ: ننگبو Fenghua نمبر 3 ہائیڈرولک حصوں کی فیکٹریوغیرہ

Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd. 

اورJiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.

MAIL:  Jaemo@fsdxyy.com

ویب: www.dxhydraulics.com

WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909

ADD: فیکٹری بلڈنگ 5، ایریا C3، Xingguangyuan انڈسٹری بیس، Yanjiang South Road، Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226

اور نمبر 7 Xingye روڈ، Zhuxi صنعتی حراستی زون، Zhoutie Town، Yixing City، Jiangsu Province، China