Почему холодильники используют жидкость, а не воздух?

Основной принцип работы жидкостной охлаждающей пластины заключается в эффективной передаче тепла от твердых поверхностей посредством принудительного конвективного теплообмена, используя высокую удельную теплоемкость и характеристики конвективного теплообмена охлаждающих жидкостей. Подробный процесс выглядит следующим образом:

Тепловыделяющие компоненты плотно прикрепляются к одной или нескольким поверхностям жидкостной охлаждающей пластины (обычно называемой монтажной поверхностью или основанием) с использованием материалов теплового интерфейса, таких как термопаста, термопрокладки, припой и другие теплопроводящие среды. Тепло передается от источника тепла к твердой стенке жидкостной охлаждающей пластины посредством теплопроводности.

Тепло распространяется внутри металлической структуры жидкостной охлаждающей пластины (обычно алюминий, медь или другие сплавы с высокой проводимостью) посредством теплопроводности, перемещаясь от высокотемпературной монтажной поверхности, контактирующей с источником тепла, к низкотемпературным внутренним стенкам внутренних каналов потока, взаимодействующих с охлаждающей жидкостью. Более высокая теплопроводность материала и меньшая толщина стенок снижают термическое сопротивление и повышают эффективность теплопроводности.

Это самый критический этап. Охлаждающая жидкость, обычно деионизированная вода, водный раствор гликоля или специализированная промышленная охлаждающая жидкость, протекает через герметичные внутренние каналы жидкостной охлаждающей пластины с контролируемой скоростью, приводимой в движение внешним насосом. Протекая по высокотемпературным внутренним стенкам каналов, охлаждающая жидкость поглощает тепло от поверхностей стенок.

Теплообмен в основном зависит от принудительной конвекции: поток охлаждающей жидкости, особенно в турбулентном состоянии, нарушает ламинарный пограничный слой вблизи поверхностей стенок, обеспечивая более эффективное перемешивание и теплообмен между холодной жидкостью в центре и горячей стенкой. Более высокий коэффициент конвективного теплообмена соответствует более сильной производительности теплообмена.

Конструкция каналов потока, включая форму, размеры и улучшения поверхности, такие как ребра или штыревые ребра, напрямую влияет на режим потока (ламинарный или турбулентный), площадь теплообмена и коэффициент конвективного теплообмена, в конечном итоге определяя общую эффективность рассеивания тепла.

После поглощения тепла температура охлаждающей жидкости повышается, и она выходит из жидкостной охлаждающей пластины через выходное отверстие.

Несущая тепло высокотемпературная охлаждающая жидкость перекачивается к внешнему теплообменнику в системе, такому как радиатор воздушного охлаждения, конденсатор водяного охлаждения или вторичная охлаждающая пластина. Внутри теплообменника тепло от охлаждающей жидкости в конечном итоге рассеивается в окружающую среду посредством воздушного или водяного охлаждения. Затем охлажденная низкотемпературная охлаждающая жидкость рециркулирует обратно ко входу жидкостной охлаждающей пластины, завершая цикл замкнутого контура.

• Высокоэффективная среда теплопередачи: Жидкости обладают значительно более высокой удельной теплоемкостью, чем воздух (удельная теплоемкость воды примерно в четыре раза выше, чем у воздуха), что позволяет поглощать гораздо больше тепла на единицу объема. Коэффициент конвективного теплообмена жидкостей, особенно воды, также в десятки и сотни раз выше, чем у воздуха, что приводит к гораздо более быстрым скоростям теплопередачи при одинаковой разнице температур.

• Путь с низким термическим сопротивлением: Жидкостная охлаждающая пластина обеспечивает путь теплопередачи с низким сопротивлением от источника тепла к охлаждающей жидкости, поддерживаемый материалами с высокой теплопроводностью и оптимизированной конструкцией.

• Усиленный теплообмен за счет принудительной конвекции: Принудительный поток, создаваемый насосом, и оптимизированные конструкции каналов, создающие турбулентность и увеличивающие площадь теплообмена, значительно усиливают теплообмен между жидкостью и твердыми стенками.

• Улучшенная равномерность температуры: Хорошо спроектированные схемы каналов, такие как змеевидные или многоветвистые конфигурации, улучшают равномерность температуры по поверхности жидкостной охлаждающей пластины и предотвращают локальный перегрев.