Основы радиаторов:как они работают?

Вам не нужно быть выпускником Массачусетского технологического института, чтобы знать, что электронные устройства и машины выделяют тепло при работе. Если оставить без присмотра, такая ситуация может быстро привести к перегреву устройства, что приведет к его неисправности. Затем, если вы не отреагируете достаточно быстро, эта неисправность может привести к необратимому повреждению.

Чтобы предотвратить перегрев, большинство устройств имеют радиаторы, компоненты, отвечающие за управление теплом внутри устройства. Они работают, рассеивая тепло от жизненно важных частей машины или устройства, такого как центральный процессор (ЦП), сохраняя его прохладным и работающим.

Интересно, что, играя ключевую роль в обеспечении правильной работы ваших электронных устройств, радиаторы часто упускают из виду, вероятно, из-за их довольно небольшого размера. Если вы хотите узнать больше об этих чудесных компонентах, это руководство предоставит вам всю необходимую информацию, необходимую для понимания того, что такое радиаторы и как они работают.

Давайте погрузимся прямо (каламбур).

Что такое радиатор?

Начнем с более подробного объяснения того, что такое радиатор. Проще говоря, это компонент, который работает как пассивный теплообменник, регулирующий температуру механического или электронного устройства.

Это достигается за счет увеличения площади рабочей поверхности устройства, переноса тепла от тепловыделяющего компонента к низкотемпературной жидкости. Таким образом, тепло рассеивается от устройства, обеспечивая его работу без перегрева.

Благодаря своим фантастическим охлаждающим свойствам радиаторы используются во многих отраслях промышленности, включая обработку с ЧПУ. Как правило, они используются для охлаждения компьютерных компонентов — ЦП и ГП, а также силовых транзисторов или лазеров.

Как устроены радиаторы?

Необходимость большей площади поверхности существенно влияет на конструкцию радиаторов. Типичный радиатор состоит из основания, соединенного с очень узкими ребрами или штифтами. Таким образом, радиаторы могут уместить как можно большую площадь поверхности в определенный объем.

Однако размер и форма ребер различаются в зависимости от радиатора. Более того, они оказывают существенное влияние на работу радиатора. Мы можем различать:

• Шпилеобразные радиаторы. Такие радиаторы имеют штифты, отходящие от их основания. Они имеют наибольшую площадь поверхности среди различных типов радиаторов и лучше всего работают в корпусах с низким воздушным потоком. Булавки обычно бывают цилиндрической, эллиптической или квадратной формы.
• Пластинчато-ребристые радиаторы. Пластинчато-ребристый радиатор имеет прямоугольные ребра, отходящие от его основания. Такие радиаторы более распространены, чем системы с игольчатыми ребрами, и лучше всего работают с однонаправленным потоком воздуха.
• Расширенные радиаторы. Системы с расширяющимися ребрами представляют собой разновидность радиаторов с пластинчатыми ребрами. Они имеют расширяющиеся ребра (отсюда и название), которые уменьшают сопротивление потоку.

К некоторым радиаторам также прикреплены вентиляторы и воздуходувки. Такие радиаторы называются активными. Мы поговорим о них позже в этой статье.

Как работает радиатор?

Радиаторы используют проводник тепла, который отводит тепло от источника тепла и притягивает его к своей поверхности, которая затем вступает в контакт с охлаждающим воздухом или жидкостью. Весь процесс включает четыре основных шага:

1. Источник выделяет тепло. Источником может быть любая система, выделяющая тепло при работе и требующая охлаждения для нормального функционирования. Это может быть механическая, электрическая, химическая, ядерная, солнечная или фрикционная система.
2. Тепло передается от источника. Благодаря естественной проводимости тепло перемещается в радиатор и от источника. Этот процесс напрямую связан с теплопроводностью материала радиатора. Вот почему такие материалы, как алюминий или медь, часто используются для изготовления радиаторов. Обладают высокими свойствами теплопроводности.
3. Тепло распределяется по радиатору. Затем тепло будет проходить через радиатор, перемещаясь из высокотемпературной среды в низкотемпературную. Для радиатора это означает, что его тепловой профиль не будет постоянным. Таким образом, радиаторы обычно нагреваются ближе к источнику и холоднее к краям.
4. Радиатор отводит тепло. На последнем этапе происходит отвод тепла от радиатора. Это в значительной степени зависит от градиента температуры раковины и охлаждающей жидкости (обычно воздуха или электропроводящей жидкости). Жидкость проходит через поверхность радиатора и отводит тепло в окружающую среду за счет термодиффузии и конвекции. Здесь важно отметить, что если температура окружающей среды не ниже температуры радиатора, радиатор не будет отводить тепло.

Различные типы радиаторов

Говоря о радиаторах, мы различаем три основных типа радиаторов — пассивные, активные и гибридные. Подробнее о них ниже.

Пассивные радиаторы

Пассивные радиаторы основаны на естественной конвекции. Это означает, что только плавучесть горячего воздуха создает воздушный поток на поверхности радиатора. Из-за этого пассивные радиаторы не требуют вторичного питания или систем управления при отводе тепла. С другой стороны, они не так эффективны и действенны при передаче тепла от системы, как активные радиаторы.

Активные радиаторы

В отличие от пассивных радиаторов, активные радиаторы основаны не только на естественной конвекции. Они используют принудительный воздух для увеличения потока жидкости через нагретую область. Они делают это с помощью вентилятора, воздуходувки или движения всего объекта.

Типичным примером того, как работает активный радиатор, является вентилятор вашего ПК, который включается, когда ваш компьютер начинает нагреваться. Вентилятор заставляет воздух проходить через радиатор, позволяя ненагретому воздуху двигаться по его поверхности. Из-за этого общий температурный градиент во всей системе радиатора увеличивается, отводя больше тепла от устройства.

Гибридные радиаторы

Как следует из названия, гибридные радиаторы сочетают в себе свойства пассивных и активных систем радиаторов. Интересно, что гибридные системы не так популярны, как пассивные или активные радиаторы. Они также часто полагаются на специальные системы управления для охлаждения устройства в зависимости от конкретных температурных требований.

Когда система работает при более низких температурах, источник принудительного воздуха (вентилятор или воздуходувка) остается неактивным, пассивно охлаждая систему. Активная система начинает работать только тогда, когда устройство начинает достигать более высоких температур, увеличивая при этом охлаждающую способность радиатора.

Какие материалы используются для изготовления радиаторов?

Как уже говорилось, материал радиатора должен обеспечивать естественную теплопроводность. Вот почему радиаторы обычно изготавливаются из алюминия или меди, а материал определяется областью применения, теплоемкостью, методом производства и бюджетом.

• Алюминий. Как правило, производители радиаторов используют алюминий 1050, 6060, 6061 или 6063. Первый из них очень теплопроводен, но ему не хватает прочности, тогда как остальные три обладают меньшей теплопроводностью, но обладают более сильными механическими свойствами. Что касается экономичности, то самые доступные радиаторы производятся с использованием алюминиевого сплава.
• Медь. Медь обеспечивает отличную теплопроводность. Действительно, он в два раза лучше, чем алюминий. Кроме того, он устойчив к коррозии, устойчив к противомикробным препаратам и обладает другими желательными свойствами. Вот почему медные радиаторы считаются высокотехнологичными, поскольку они дороже алюминиевых и, как правило, более сложны в производстве.

Как изготавливаются радиаторы?

Производство радиаторов включает в себя несколько процессов и производственных технологий, таких как экструзия алюминия, литье под давлением или фрезерование с ЧПУ. Обычно они изготавливаются с использованием:

• Фрезерование. Фрезерование — это вычитающий процесс вырезания материала из заготовки. Кроме того, это доступный способ быстрее производить радиаторы.
• Экструзия. Это процесс проталкивания горячих металлических заготовок через стальную матрицу. Экструзия — самый распространенный способ изготовления радиаторов, так как считается быстрым, эффективным, а значит, и более экономичным.
• Кастинг. Литье включает заливку расплавленного металла в форму и является еще одним популярным способом изготовления медных и алюминиевых радиаторов. Такие радиаторы имеют более высокий уровень сложности и обеспечивают улучшенные механические свойства.
• Скольжение. Нарезка, также известная как зачистка, представляет собой процесс разрезания материала на ломтики. Зачистка обычно используется при производстве радиаторов с пластинчатыми и расширяющимися ребрами, обеспечивая более тонкое и точное размещение ребер.
• 3D-печать. Радиаторы, напечатанные на 3D-принтере, стали жизнеспособной альтернативой своим традиционным аналогам. Основной причиной этого является недавний прогресс в области аддитивного производства меди, который сделал 3D-печать более доступным методом изготовления радиаторов.

Какие факторы влияют на производительность радиатора?

Несколько факторов могут повлиять на работу радиатора и на его способность эффективно рассеивать тепло от конкретного компонента (например, процессора или графического процессора). Вот эти переменные:

• Размер радиатора,
• Теплопроводность материала радиатора (алюминий или медь)
• Форма, объем и расположение плавников,
• Скорость воздушного потока,
• Размер каналов между ребрами.

Производительность также может зависеть от типа радиатора. Активные радиаторы считаются более эффективными, поэтому их обычно используют в устройствах, требующих более быстрого охлаждения.

Ключевые выводы

Надеюсь, после прочтения нашего руководства вы лучше поймете, насколько важны радиаторы и как они работают. Они могут быть небольшими по размеру, но их влияние на производительность электрического или механического устройства невероятно, что предотвращает их перегрев и обеспечивает максимально возможную производительность.