ทําไม ต้อง ใช้ เครื่องเย็น น้ํา แทน เครื่องเย็น ด้วย อากาศ?

หลักการทำงานหลักของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวคือการถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวของแข็งอย่างมีประสิทธิภาพผ่านการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนแบบบังคับ โดยใช้ประโยชน์จากความจุความร้อนจำเพาะที่สูงและคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนของของเหลวหล่อเย็น กระบวนการโดยละเอียดมีดังนี้:

ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนจะถูกยึดติดกับพื้นผิวหนึ่งหรือหลายพื้นผิวของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว (ที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อพื้นผิวติดตั้งหรือแผ่นฐาน) อย่างแน่นหนา โดยใช้วัสดุเชื่อมต่อความร้อน เช่น จาระบีระบายความร้อน แผ่นระบายความร้อน บัดกรี และสื่อนำความร้อนอื่นๆ ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากแหล่งความร้อนไปยังผนังของแข็งของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวผ่านการนำความร้อน

ความร้อนจะเดินทางภายในโครงสร้างโลหะของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว (โดยทั่วไปคืออลูมิเนียม ทองแดง หรือโลหะผสมนำความร้อนสูงอื่นๆ) ด้วยวิธีการนำความร้อน เคลื่อนที่จากพื้นผิวติดตั้งที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งสัมผัสกับแหล่งความร้อนไปยังผนังด้านในที่มีอุณหภูมิต่ำของช่องทางการไหลภายในที่สัมผัสกับสารหล่อเย็น การนำความร้อนของวัสดุที่สูงขึ้นและความหนาของผนังที่บางลงจะช่วยลดความต้านทานความร้อนและปรับปรุงประสิทธิภาพการนำความร้อน

นี่คือขั้นตอนที่สำคัญที่สุด สารหล่อเย็น โดยทั่วไปคือน้ำกลั่น น้ำผสมไกลคอล หรือสารหล่อเย็นอุตสาหกรรมพิเศษ จะไหลผ่านช่องทางภายในที่ปิดสนิทของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยความเร็วที่ควบคุมได้ โดยปั๊มภายนอก เมื่อไหลผ่านผนังช่องทางด้านในที่มีอุณหภูมิสูง สารหล่อเย็นจะดูดซับความร้อนจากพื้นผิวผนัง

การถ่ายเทความร้อนอาศัยการพาความร้อนแบบบังคับเป็นหลัก: การไหลของสารหล่อเย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะปั่นป่วน จะรบกวนชั้นขอบเขตแบบลามินาร์ใกล้กับพื้นผิวผนัง ทำให้เกิดการผสมและการแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นระหว่างของเหลวเย็นตรงกลางกับผนังที่ร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนที่แรงขึ้น

การออกแบบช่องทางการไหล รวมถึงรูปร่าง ขนาด และการเสริมพื้นผิว เช่น ครีบหรือครีบหมุด จะส่งผลโดยตรงต่อรูปแบบการไหล (ลามินาร์หรือปั่นป่วน) พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ซึ่งจะกำหนดประสิทธิภาพการกระจายความร้อนโดยรวมในที่สุด

หลังจากดูดซับความร้อน อุณหภูมิของสารหล่อเย็นจะสูงขึ้น และจะออกจากแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวผ่านช่องทางออก

สารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งบรรทุกความร้อนจะถูกปั๊มไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกภายในระบบ เช่น หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศ คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำ หรือแผ่นระบายความร้อนทุติยภูมิ ภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ความร้อนจากสารหล่อเย็นจะถูกกระจายออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอกผ่านการระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำ จากนั้นสารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำที่เย็นลงจะถูกหมุนเวียนกลับไปยังช่องทางเข้าของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว เพื่อให้วงจรปิดสมบูรณ์

• ตัวกลางถ่ายเทความร้อนประสิทธิภาพสูง: ของเหลวมีค่าความจุความร้อนจำเพาะสูงกว่าอากาศอย่างมาก (ค่าความจุความร้อนจำเพาะของน้ำประมาณสี่เท่าของอากาศ) ทำให้สามารถดูดซับความร้อนต่อหน่วยปริมาตรได้มากกว่ามาก ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนของของเหลว โดยเฉพาะน้ำ ก็สูงกว่าอากาศหลายสิบถึงหลายร้อยเท่า ส่งผลให้มีอัตราการถ่ายเทความร้อนที่เร็วกว่ามากภายใต้ความแตกต่างของอุณหภูมิเดียวกัน

• เส้นทางความต้านทานความร้อนต่ำ: แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวให้เส้นทางความร้อนที่มีความต้านทานต่ำจากแหล่งความร้อนไปยังสารหล่อเย็น โดยได้รับการสนับสนุนจากวัสดุนำความร้อนสูงและการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุด

• การถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นผ่านการพาความร้อนแบบบังคับ: การไหลแบบบังคับด้วยปั๊มและการออกแบบช่องทางที่เหมาะสมที่สุดซึ่งสร้างการปั่นป่วนและขยายพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนช่วยเสริมการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวและผนังของแข็งได้อย่างมาก

• การปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ: การจัดวางช่องทางที่ออกแบบมาอย่างดี เช่น รูปทรงเกลียวคลื่นหรือการกำหนดค่าแบบหลายสาขา ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิทั่วทั้งพื้นผิวแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว และป้องกันความร้อนสูงเกินเฉพาะจุด