ข้อเท็จจริงที่วิศวกรทุกคนควรทราบเกี่ยวกับการจัดการความร้อน

Anonim

ภาพรวมอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับหัวข้อการจัดการความร้อนที่สำคัญ

โดยวอร์เรนมิลเลอร์ผู้เขียนร่วม

การจัดการความร้อนอาจเป็นหัวข้อที่น่าสับสนแม้ว่าเราจะจัดการกับปัญหานี้ทุกวัน อุณหภูมิที่คุณต้องการตั้งเครื่องปรับอากาศในรถยนต์คืออะไร? คุณควรควบคุมการไหลของอากาศในที่ใด? นี่คือคำถามพื้นฐานที่เกี่ยวกับการจัดการความร้อนเพียงเกี่ยวกับแอพพลิเคชันใด ๆ เมื่ออุณหภูมิถูกกำหนดโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนแผงวงจรพิมพ์ของคุณและการไหลของอากาศเป็นเพียงพัดลมที่งบประมาณของคุณสามารถจ่ายได้สิ่งต่างๆจะยุ่งยากกว่า ลองดูภาพรวมคร่าวๆเกี่ยวกับหัวข้อการจัดการความร้อนที่สำคัญซึ่งวิศวกรทุกคนควรทราบ

เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความที่ดีของการจัดการความร้อน ทุกอย่างเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งคือการจัดการการไหลเวียนของความร้อนโดยปกติแล้วจากที่ที่คุณไม่ต้องการให้ไปในที่ที่คุณต้องการ ในระบบอิเล็กทรอนิกส์คุณเกือบจะต้องการย้ายความร้อนจากอุปกรณ์ของคุณไปยังที่อื่นนอกเหนือจากอุปกรณ์ ง่ายใช่มั้ย? คุณอาจจำได้ว่าคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดในยุคนั้นมีสิทธิบัตรด้านการจัดการความร้อนมากกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น Cray-1)

โดยทั่วไปมีสองวิธีในการเคลื่อนย้ายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่และทั้งคู่ใช้การหมุนเวียน แต่สามารถทำเช่นนี้ได้ทั้งแบบแข็งขันหรือแบบอดทน "Convection" หมายถึงการเคลื่อนที่ของความร้อนผ่านของเหลวที่ทำงาน ของเหลวนี้เป็นความสับสนเพียงอย่างเดียวคืออากาศ แต่ก็อาจเป็นสารเช่นน้ำหรือแม้แต่ก๊าซสับสนซึ่งอาจเป็น halocarbon เช่น Freon ตอนนี้โดยปกติน้ำทำงานจะถูกให้ความร้อนที่สถานที่ที่คุณต้องการขจัดความร้อนและถ่ายโอนไปยังตำแหน่งที่คุณสามารถกระจายความร้อนเรียกได้ว่าเป็นหม้อน้ำ คิดถึงหม้อน้ำในรถที่ของเหลวสัมผัสกับจำนวนมากของครีบโลหะที่สามารถถ่ายเทความร้อนเข้าไปในอากาศเพื่อระบายความร้อนของเหลวเพื่อให้สามารถหมุนเวียนกลับเข้าสู่เครื่องยนต์ได้อีกครั้ง หากคุณต้องการใช้ปั๊มหรือพัดลมสิ่งนี้เรียกว่าการหมุนเวียนที่ใช้งาน การพาความร้อนแบบพาสซีฟใช้ประโยชน์จากการที่ของเหลวที่ทำงานด้วยความร้อนต้องการเพิ่มขึ้นและสามารถเคลื่อนย้ายความร้อนออกจากแหล่งความร้อนตามธรรมชาติได้หากมีเส้นทางหลบหนีที่สะดวกสำหรับมัน คุณสามารถใช้วิธีการแบบเดียวกันโดยใช้อากาศเป็นของเหลวที่ทำงานเพื่อระบายความร้อนให้กับซีพียูที่ใช้พลังงานสูง คอมพิวเตอร์ระดับไฮเอนด์บางเครื่องยังใช้น้ำเป็นของเหลวที่ใช้งานได้และสามารถนำไปใช้ในการทำความร้อนได้เช่นกัน

ในหม้อน้ำของรถของเหลวจะสัมผัสกับจำนวนมากของครีบโลหะที่สามารถถ่ายโอนความร้อนเข้าไปในอากาศเย็นของเหลวเพื่อให้สามารถหมุนเวียนกลับเข้าไปในเครื่องยนต์ แหล่งที่มาของภาพ: Pixabay

การหมุนเวียนแบบ Passive สามารถเป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าในการใช้งานจำนวนมาก หากคุณไม่ต้องการปั๊มหรือพัดลมคุณสามารถกำจัดชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ซึ่งจะช่วยลดอายุการใช้งานของระบบได้อย่างมาก แนวทางที่ใช้กันทั่วไปในการจัดการความร้อนคือการใช้อ่างความร้อน "ปีก" โลหะเหล่านี้เชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งความร้อนซึ่งโดยปกติจะเป็นซีพียูที่ใช้พลังงานสูงหรือ FPGA เพื่อขยับความร้อนออกจากอุปกรณ์และเข้าไปในอากาศโดยรอบ ถ้าอากาศอุ่นสามารถไหลออกจากตู้และอากาศเย็นสามารถเปลี่ยนได้คุณจะจบลงด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการทำความร้อนออกจากระบบของคุณ การวางชิ้นส่วนที่ใช้พลังงานสูงอย่างถูกต้องจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอากาศสามารถไหลไปยังหรือจากส่วนประกอบที่ร้อนที่ไม่ได้ถูกกีดขวางโดยส่วนประกอบหรือตัวเชื่อมที่สูงกว่า นอกจากนี้อย่าลืมว่าการไหลของอากาศใกล้ขอบกรงจะช้าลงกว่าตรงกลางดังนั้นจึงอาจจะดีที่สุดในการวางคอมโพเนนต์พลังงานสูงไว้ตรงกลางของบอร์ดของคุณ

ตอนนี้สิ่งนี้น่าสนใจ แต่คุณอาจถามว่าเหตุใดจึงสำคัญ หากคุณไม่เย็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พวกเขาสามารถร้อนมากร้อนพอที่จะเผาคุณหรือเริ่มต้นไฟ (หรือทั้งสอง) แน่นอนคุณไม่ต้องการให้เรื่องนี้เกิดขึ้นบนเครื่องบินใช่มั้ย? บางทีอาจจะน้อยไปกว่านี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ร้อนเกินไปก็มีช่วงอายุที่สั้นลง

ดังนั้นหากคุณถูกขอให้ใช้การจัดการความร้อนในโครงการถัดไปคุณไม่จำเป็นต้องสิ้นหวัง - คุณเพียงแค่ต้องถามคำถามสำคัญ ๆ ก่อนอื่นสิ่งที่เป็นเป้าหมายสำหรับอุณหภูมิในการทำงานของระบบของคุณและสิ่งที่เป็นสภาพแวดล้อมที่จะดำเนินการใน? นอกจากนี้คุณยังจำเป็นต้องรู้ว่าสิ่งที่แนบมา (ถ้ามี) จะอยู่ในและสิ่งที่เส้นทางหลบหนีที่มีอยู่เพื่อกระจายความร้อน (ถ่ายโอน) หากคุณถามคำถามเหล่านี้คุณจะสามารถอธิบายปัญหาเกี่ยวกับการจัดการความร้อนได้ดีซึ่งเป็นขั้นตอนที่ดีในทุกโครงการด้านวิศวกรรม