Разработка и производство жидкостных охлаждающих пластин на заказ | PTSMAKE

Вы разрабатываете высокопроизводительную электронную систему, но традиционное воздушное охлаждение не справляется с интенсивным тепловыделением компонентов. Ваш проект требует точного терморегулирования, но традиционные решения не позволяют справиться с перегревом, снижением производительности и возможными сбоями в работе системы.

Пластина жидкостного охлаждения - это специализированный теплообменник, который использует циркулирующую охлаждающую жидкость для эффективного отвода тепла от мощных электронных компонентов, обеспечивая превосходные тепловые характеристики по сравнению с воздушным охлаждением за счет прямого отвода тепла через продуманные внутренние каналы потока.

Успех вашего решения по охлаждению зависит от понимания инженерных принципов, лежащих в основе этих систем, и выбора правильной конструкции для конкретного применения. Позвольте мне рассказать вам об основных знаниях, которые помогут вам принимать обоснованные решения о разработке и производстве пластин жидкостного охлаждения.

Какую основную проблему решает пластина жидкостного охлаждения?

Проще говоря, пластины жидкостного охлаждения отводят тепло. Но не просто с теплом. Она решает проблему высококонцентрированного тепла, с которым не могут справиться более простые решения, например вентиляторы.

Подумайте об этом так. Ваше устройство становится все меньше, но при этом все мощнее. Это создает интенсивные горячие точки. Воздушное охлаждение в конце концов достигает своего предела и не может отводить тепло достаточно быстро.

Когда воздушное охлаждение достигает предела

Именно в этом случае незаменимой становится пластина жидкостного охлаждения. Она обеспечивает прямой и эффективный путь для отвода тепловой энергии от критически важных компонентов.

Пластина жидкостного охлаждения - это не модернизация, а необходимое решение для современной мощной электроники. Она обеспечивает надежность и производительность.

Основная проблема заключается в несоответствии. Скорость выделения тепла на крошечной площади превышает скорость, с которой воздух может физически поглощать и отводить его. Эта проблема определяется двумя ключевыми понятиями.

Проблема высокой плотности мощности

Плотность мощности - это количество энергии, помещающееся в заданный объем. При уменьшении размеров устройств плотность мощности резко возрастает. Это приводит к быстрому повышению температуры, что может привести к снижению производительности или даже к необратимому повреждению компонентов.

Понимание теплового потока

Тепловой поток - это скорость передачи тепловой энергии через поверхность. В высокопроизводительных чипах эта величина может быть невероятно высокой. Низкая теплопроводность воздуха выступает в качестве узкого места, создавая значительные термическое сопротивление¹.

В прошлых проектах PTSMAKE мы убедились, что переход на жидкостное охлаждение позволяет значительно снизить температуру компонентов по сравнению с самыми надежными системами воздушного охлаждения. Охлаждающая жидкость просто эффективнее поглощает и переносит тепло.

Эта таблица показывает разительную разницу. Вода более чем в 20 раз лучше проводит тепло, чем воздух. Именно благодаря этому фундаментальному свойству жидкостное охлаждение является лучшим решением для интенсивных тепловых нагрузок.

Жидкостная охлаждающая пластина напрямую решает физические проблемы воздушного охлаждения. Она становится незаменимой при работе с высокой плотностью мощности и тепловым потоком, обеспечивая стабильность и надежность работы устройства и его соответствие заявленным характеристикам.

Каковы его основные компоненты и их функции?

Пластина жидкостного охлаждения может показаться сложной. Но на самом деле она состоит из четырех основных частей. Каждая из них выполняет определенную работу. Вместе они создают эффективную систему отвода тепла.

Основа - это фундамент. Оно непосредственно соприкасается с источником тепла. Затем внутренние каналы направляют охлаждающую жидкость. Впускные и выпускные отверстия соединяют пластину с более крупной системой. Наконец, крышка герметично закрывает все, предотвращая утечки.

Важнейшая роль каждого компонента

Давайте разберемся, как эти детали работают вместе. Конструкция каждого компонента имеет решающее значение для производительности всей пластины жидкостного охлаждения. Маленькие детали имеют большое значение.

Выбор базовой плиты и материала

Основная задача опорной плиты - поглощать тепло. Ее материал имеет ключевое значение. В прошлых проектах PTSMAKE мы чаще всего выбирали медь и алюминий. Их свойства отвечают разным потребностям.

Выбор зависит от бюджета и тепловых требований. Для оптимального контакта также важна идеально ровная поверхность.

Внутренние каналы и динамика потока

Внутри пластины каналы определяют путь охлаждающей жидкости. Цель состоит в том, чтобы максимально увеличить площадь поверхности, с которой соприкасается жидкость. Такая конструкция способствует турбулентный поток², что гораздо лучше улавливает тепло, чем гладкий ламинарный поток. Каналы могут быть как простыми, так и очень сложными.

Порты и целостность крышки

Впускные и выпускные порты - это шлюзы. Они должны обеспечивать надежное, герметичное соединение с остальными частями системы охлаждения. Защитная пластина герметизирует каналы сверху. Благодаря ей охлаждающая жидкость под давлением остается внутри и без проблем выполняет свою работу.

Каждая деталь пластины жидкостного охлаждения, от основания до каналов и крышки, должна работать слаженно. Выбор материалов и точность конструкции напрямую влияют на ее способность эффективно и надежно отводить тепло.

Как классифицируются холодные плиты по способу производства?

Выбор правильного производственного процесса имеет решающее значение. Он напрямую влияет на производительность и стоимость вашей пластины жидкостного охлаждения. Каждый метод предлагает уникальный баланс тепловой эффективности и масштабируемости производства.

Давайте разберемся в распространенных типах.

Основные методы производства

Этот обзор помогает определиться с процессом принятия решений.

Понимание плюсов и минусов каждого процесса имеет ключевое значение. В компании PTSMAKE мы помогаем клиентам разобраться с этими вариантами в соответствии с их конкретными задачами и бюджетом. Давайте рассмотрим детали.

Паяные холодные пластины

Пайка предполагает соединение компонентов с помощью присадочного металла. Это позволяет создавать сложные внутренние структуры, например, ребра высокой плотности. В результате достигаются отличные тепловые характеристики. Однако этот процесс сложен и может быть дорогостоящим. Очень важно обеспечить полное соединение без пустот.

Пластины, сваренные трением (FSW)

FSW - это процесс твердотельного соединения. Он создает очень прочное, герметичное соединение без расплавления основного материала. Этот метод позволяет получить невероятно надежное герметичное уплотнение³. Он идеально подходит для обработки больших алюминиевых пластин, хотя затраты на оснастку могут быть высокими при первоначальной настройке.

Обработанные и просверленные пластины

Для прототипов или малосерийных изделий мы часто рекомендуем механическую обработку. Пистолетное сверление создает длинные прямые каналы охлаждения непосредственно в цельном металлическом блоке. Оно обеспечивает большую гибкость конструкции и точность. Главный недостаток - медленное и более дорогое производство.

Литые холодные пластины

Когда вам нужны тысячи одинаковых деталей, вам поможет литье под давлением. Оно предполагает впрыскивание расплавленного металла в форму. Этот процесс является быстрым и экономически эффективным в масштабах производства. Компромиссом являются более низкие тепловые характеристики по сравнению с пайкой или FSW-пластинами.

Каждый метод производства имеет свой набор компромиссов. Оптимальный выбор зависит от тепловых требований, объема производства, совместимости материалов и общего бюджета проекта. Мы помогаем клиентам ориентироваться в этих факторах, чтобы найти идеальный вариант.

Процесс производства определяет основные характеристики холодной пластины. Ваш выбор влияет на все - от тепловой эффективности до стоимости единицы продукции, определяя ее пригодность для прототипирования, высокопроизводительных вычислений или массового рынка электроники. Тщательный выбор - залог успеха проекта.

Каковы основные типы внутренних потоков?

Выбор правильного внутреннего канала потока имеет ключевое значение. Он напрямую влияет на производительность вашей пластины жидкостного охлаждения. Конструкция определяет, как охлаждающая жидкость движется и поглощает тепло.

Мы рассмотрим три распространенных варианта планировки. У каждой из них есть свои сильные и слабые стороны. Понимание их поможет вам сделать лучший выбор дизайна.

Схема расположения ключевых каналов

Давайте сравним основные типы.

Этот выбор влияет на тепловую эффективность и перепад давления. Это критическое инженерное решение.

Идеальная компоновка канала позволяет уравновесить конкурирующие факторы. Не существует единственного "лучшего" решения для каждого проекта. Речь идет о поиске правильных компромиссов для конкретного применения.

Змеевидный тракт

Змеевидный путь заставляет охлаждающую жидкость проходить по одному длинному, извилистому каналу. Это позволяет поддерживать высокую скорость движения жидкости. Это обеспечивает отличную теплопередачу по всему пути. Однако при этом возникает значительное падение давления, что требует более мощного насоса.

Параллельный путь потока

Параллельные конструкции разделяют поток на несколько каналов. Затем эти каналы сливаются воедино. Такой подход значительно снижает общее падение давления. Основная сложность заключается в обеспечении равномерного распределения потока по всем каналам во избежание образования застойных зон.

Дизайн микроканалов

Микроканалы увеличивают площадь поверхности для теплообмена. Это приводит к превосходным тепловым характеристикам. Режим течения, часто характеризуемый число Рейнольдса⁴, Это очень важно. В компании PTSMAKE мы используем прецизионную обработку с ЧПУ для создания этих сложных конструкций. Однако они более восприимчивы к засорению и имеют очень высокий перепад давления.

Каждый внутренний путь потока - змеевидный, параллельный и микроканальный - представляет собой определенный компромисс между тепловой эффективностью и падением давления. Оптимальный выбор пластины для жидкостного охлаждения полностью зависит от конкретных требований к охлаждению и ограничений системы.

В каких случаях вы предпочтете змеевидную конструкцию параллельной?

Выбор между змеевидным и параллельным потоком - критически важное решение. Оно напрямую влияет на производительность вашей пластины жидкостного охлаждения. Дело не в том, что лучше в целом. Речь идет о том, что подходит именно для вашего конкретного применения.

Эта простая схема поможет вам принять решение. Мы рассмотрим три ключевых фактора: температурные цели, пределы давления и форму вашего источника тепла.

Давайте разберемся, как использовать эти критерии.

При выборе оптимальной конструкции необходимо найти баланс между конкурирующими требованиями. В прошлых проектах PTSMAKE мы помогали клиентам найти компромиссные решения для достижения оптимального теплового режима.

Равномерность температуры: Ваш главный приоритет?

Если ваш компонент требует очень стабильной и равномерной температуры по всей поверхности, параллельная конструкция почти всегда является лучшим выбором. Охлаждающая жидкость распределяется равномерно, сводя к минимуму температурные градиенты.

Змеевидный путь, напротив, нагревает жидкость по мере ее движения. Это создает заметную разницу температур на входе и выходе, что может стать проблемой для чувствительной электроники.

Допустимый перепад давления

Перепад давления диктует требования к насосу. Длинный змеевидный путь создает значительное сопротивление, требуя более мощного - и зачастую более дорогого - насоса для поддержания необходимого объёмный расход⁵.

Параллельная конструкция разделяет поток, значительно снижая падение давления. Это позволяет использовать насосы меньшего размера, экономя средства и энергию.

Геометрия источника тепла

Форма и концентрация источника тепла имеют значение.

Учет этих факторов гарантирует, что конструкция пластин жидкостного охлаждения будет эффективной с самого начала.

Выбор правильного пути потока для пластины жидкостного охлаждения предполагает компромисс. При принятии решения следует соотнести желаемую равномерность температуры с допустимым перепадом давления и конкретной геометрией источника тепла. Эта схема обеспечивает четкий путь к наиболее эффективному решению.

Какова структура полного контура жидкостного охлаждения?

Контур жидкостного охлаждения - это не просто отдельная деталь. Это целая система. Каждый компонент выполняет определенную работу.

Пластина жидкостного охлаждения имеет решающее значение. Но она не может работать в одиночку. Для правильной работы ей необходима поддержка со стороны других деталей.

Основные компоненты

Давайте рассмотрим основных участников этой системы. Все они работают вместе, чтобы отвести тепло от критически важной электроники.

Понимание этой структуры - первый шаг. Оно помогает разработать эффективное решение по терморегулированию.

Жидкостная охлаждающая пластина - это то место, где начинается волшебство. Она напрямую поглощает тепло от источника, например от процессора или силовой электроники. Но что происходит с этим теплом? Оно попадает в охлаждающую жидкость. Вот тут-то и начинается вся остальная часть цикла.

Путешествие тепла

Насос - это двигатель системы. Он выталкивает нагретую охлаждающую жидкость из пластины. Затем охлаждающая жидкость направляется по трубкам в радиатор.

Радиатор, или теплообменник, имеет большую площадь поверхности. Вентиляторы часто обдувают его воздухом. При этом происходит передача тепла от охлаждающей жидкости к окружающему воздуху. Охлажденная жидкость продолжает свой путь.

Последние остановки - резервуар и обратный путь к насосу. Резервуар обеспечивает постоянное наличие достаточного количества жидкости. Он также помогает удалить пузырьки воздуха из контура. Весь этот цикл представляет собой непрерывный поток.

Эффективность этого цикла зависит от многих факторов. Скорость тепловой поток⁶ на холодной пластине имеет решающее значение. Также как и скорость потока насоса и рассеивающая способность радиатора.

В компании PTSMAKE мы уделяем особое внимание тому, как интегрируются наши компоненты, обработанные на станках с ЧПУ. Хорошо спроектированная пластина жидкостного охлаждения должна соответствовать возможностям системы.

Полный контур жидкостного охлаждения представляет собой сбалансированную систему. Пластина жидкостного охлаждения поглощает тепло, а насос, радиатор и охлаждающая жидкость работают в унисон для его рассеивания. Правильная интеграция этих компонентов необходима для эффективного терморегулирования.

Как бы вы спроектировали холодную пластину для аккумуляторной батареи EV?

Проектирование реальной пластины жидкостного охлаждения - сложная задача. Она должна обеспечивать баланс между тепловыми характеристиками, структурной целостностью и стоимостью производства.

Это означает одновременное решение нескольких задач. Нельзя решить одну проблему и одновременно создать другую.

Основные проблемы проектирования

Основные цели ясны. Нам нужна высокая равномерность температуры на большой площади. Кроме того, он должен выдерживать постоянную вибрацию дороги.

Вот краткий обзор ограничений.

Это требует действительно комплексного подхода.

Практичная концепция дизайна

По моему опыту, штампованная алюминиевая пластина жидкостного охлаждения со змеевидными каналами - это отличный выбор. Эта конструкция напрямую решает основные проблемы, с которыми мы сталкиваемся в EV-приложениях.

Этот метод предполагает штамповку или гидроформовку тонких алюминиевых листов. Затем эти листы спаиваются вместе, чтобы создать герметичные внутренние каналы для потока охлаждающей жидкости.

Решение ключевых проблем

Как же этот дизайн решает проблемы?

Во-первых, змеевидный рисунок каналов обеспечивает прохождение охлаждающей жидкости по всей поверхности пластин. Это очень важно для достижения отличной равномерности температуры для всех элементов батареи, предотвращая появление горячих точек.

Во-вторых, сама пластина может быть выполнена в виде структурного компонента. Она может быть интегрирована непосредственно в поддон батарейного блока. Это упрощает сборку и значительно повышает виброустойчивость.

Такая интеграция имеет ключевое значение для массового производства. Это сокращает время сборки и общую стоимость. Выбор охлаждающей жидкости также имеет решающее значение, поскольку ее объемная теплоемкость⁷ влияет на то, сколько энергии он может поглотить и вывести из клеток.

Наша работа над аналогичными проектами показывает, что такой подход обеспечивает оптимальный баланс. Он удовлетворяет тепловые потребности, не делая батарейный блок слишком тяжелым или дорогим. В компании PTSMAKE мы уделяем особое внимание достижению этого баланса за счет точного производства.

Штампованная алюминиевая пластина жидкостного охлаждения со змеевидными каналами предлагает сбалансированное решение. Она эффективно управляет большой площадью поверхности, обеспечивает равномерность температуры, конструктивно интегрируется и остается экономически эффективной для массового производства, решая все ключевые задачи дизайна современных EV.

Как оптимизировать охлаждающую пластину центра обработки данных для повышения эффективности?

Оптимизация по эффективности означает, что нужно смотреть на общую стоимость владения (TCO). Речь идет не только о достижении самой низкой температуры. Настоящая цель - идеальный баланс.

Настоящий закон равновесия

Вы должны сопоставить тепловую эффективность с мощностью накачки. Конструкция со сложными внутренними каналами может охлаждать лучше. Но она также требует больше энергии для прокачки жидкости.

Поиск оптимального варианта

Этот компромисс очень важен для любой пластины жидкостного охлаждения. Очень эффективная пластина может привести к большим счетам за электроэнергию. Мы стремимся найти наиболее экономически эффективную рабочую точку в долгосрочной перспективе.

Использование моделирования для прогнозирования производительности

Как же найти этот идеальный баланс? Мы используем мощные инструменты моделирования. Вычислительная гидродинамика (CFD) является основополагающей в этом процессе.

CFD-моделирование показывает нам, как именно ведут себя жидкость и тепло внутри пластины жидкостного охлаждения. Это происходит еще до того, как мы изготовим прототип. Мы можем увидеть перепады давления и определить горячие точки.

Это позволяет нам точно настроить дизайн внутренних каналов. Мы можем настроить функции, чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление⁸ не жертвуя необходимыми тепловыми характеристиками. Это напрямую снижает конечную потребляемую мощность насоса.

Моделирование всей системы

Одной оптимизированной пластины недостаточно. Мы должны учитывать ее роль в большом контуре охлаждения. Здесь на помощь приходит моделирование на уровне системы. Оно учитывает насосы, трубки и разъемы.

В компании PTSMAKE такое целостное восприятие является частью нашего процесса. Это помогает нам точно прогнозировать реальную совокупную стоимость владения. Мы гарантируем, что поставляемый нами компонент идеально интегрируется и эффективно работает в составе всей системы клиента, что позволяет избежать дорогостоящих проблем в дальнейшем.

Такой подход, основанный на данных, гарантирует, что мы найдем наиболее экономичное решение на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Оптимизация совокупной стоимости владения означает баланс между тепловой производительностью и мощностью насоса. Использование таких инструментов, как CFD и системное моделирование, необходимо для определения наиболее эффективной конструкции, снижающей как производственные, так и долгосрочные эксплуатационные расходы наших клиентов.

Как обеспечить равномерность температуры на большой площади?

Поддержание постоянной температуры на большой, неравномерно нагретой поверхности - серьезная инженерная задача. Горячие точки могут стать причиной проблем с производительностью или отказов.

В компании PTSMAKE мы не применяем универсальных решений. Вместо этого мы используем передовые технологии проектирования наших пластин жидкостного охлаждения, чтобы направить охлаждение именно туда, где оно больше всего необходимо. Это обеспечивает оптимальную производительность по всей площади.

Ключевые стратегии дизайна

Более глубокий взгляд на передовые технологии охлаждения

Для решения проблемы неравномерного нагрева требуется нечто большее, чем просто стандартная пластина для жидкостного охлаждения. Она требует индивидуального инженерного подхода. Мы часто начинаем с детального теплового моделирования, чтобы точно определить источники тепла.

Оптимизация пути охлаждающей жидкости

Оптимизация проточной части - это создание более разумного маршрута для охлаждающей жидкости. Вместо простого пути мы проектируем сложные, змеевидные каналы. Такие пути заставляют жидкость проводить больше времени в самых горячих областях, поглощая больше тепловой энергии. Это общая стратегия в наших разработках.

Регулировка динамики потока

Еще один эффективный метод - использование переменной ширины каналов. Сужая канал, мы увеличиваем скорость движения теплоносителя. Это повышает локальную скорость теплопередачи. И наоборот, более широкие каналы замедляют движение жидкости. Такой точный контроль над Ламинарный поток⁹ помогает нам точно настроить температурный профиль.

Сравнение передовых методов охлаждения

Многозонное охлаждение предполагает создание независимых контуров охлаждения для разных участков плиты. Это обеспечивает максимальный уровень контроля, но также усложняет систему. В прошлых проектах мы использовали этот способ для мощной электроники с несколькими отдельными компонентами, выделяющими тепло.

Эффективное управление неравномерным нагревом требует передовых стратегий проектирования. Оптимизируя пути потока, изменяя ширину каналов и внедряя многозонные системы, мы можем разработать пластину жидкостного охлаждения, обеспечивающую точный контроль температуры на любой большой поверхности, гарантируя надежность и производительность компонентов.

Каковы будущие тенденции в технологии пластин жидкостного охлаждения?

Будущее пластин жидкостного охлаждения - это не просто эволюция. Это полная революция в области терморегулирования. Мы выходим за рамки простых фрезерованных каналов.

Следующее поколение сосредоточено на максимальном увеличении площади поверхности и эффективности. Именно здесь инновации действительно сияют.

Ключевые инновации будущего

Передовые технологии, такие как 3D-печать, меняют жизнь. Оно позволяет создавать невероятно сложные внутренние геометрии. На горизонте также маячат новые материалы и встроенное двухфазное охлаждение. Они обещают огромный прирост производительности.

Эти изменения переопределят возможности пластин жидкостного охлаждения.

Стремление к увеличению мощности в более компактных корпусах стимулирует тепловые инновации. В компании PTSMAKE мы видим, что клиенты требуют решений по охлаждению, которые раньше считались теоретическими. Будущие тенденции напрямую связаны с этими проблемами.

Передовое производство раскрывает потенциал

3D-печать, или аддитивное производство, занимает лидирующие позиции. Она позволяет создавать замысловатые внутренние решетчатые структуры. Такие конструкции невозможны при традиционной обработке на станках с ЧПУ. В результате площадь поверхности для рассеивания тепла значительно увеличивается.

Сила двухфазного охлаждения

Встраиваемое двухфазное охлаждение представляет собой огромный скачок в эффективности. Вместо того чтобы просто нагревать жидкость, этот метод позволяет ей закипеть. При смене фазы с жидкости на пар поглощается огромное количество тепла в процессе, называемом нуклеиновое кипение¹⁰. Это позволяет значительно повысить эффективность охлаждения без увеличения скорости потока.

Новые материалы и интеллектуальная интеграция

Мы также исследуем новые материалы. Например, медно-алмазные композиты обладают теплопроводностью, намного превосходящей традиционные металлы.

Наконец, очень важна интеграция датчиков непосредственно в пластину жидкостного охлаждения. Это позволяет создать "умное" оборудование, которое в режиме реального времени предоставляет данные о температуре и расходе. Это позволяет проводить профилактическое обслуживание и динамическую оптимизацию производительности.

Будущие пластины жидкостного охлаждения будут более интеллектуальными, эффективными и настраиваемыми. Среди основных тенденций - 3D-печать для создания сложных конструкций, двухфазное охлаждение для лучшего поглощения тепла, передовые материалы и интегрированные датчики для оптимизации в режиме реального времени.

Расширьте свой проект пластин жидкостного охлаждения с помощью PTSMAKE

Готовы ли вы к созданию нового поколения пластин жидкостного охлаждения? Сотрудничайте с PTSMAKE для точного производства, экспертной инженерной поддержки и беспроблемной реализации проектов. Отправьте нам свои чертежи или RFQ сегодня - превратите свои идеи в надежную, готовую к производству реальность с производителем, которому доверяют во всем мире!