Os parâmetros das barbatanas de dissipador de calor são os principais fatores que determinam seu desempenho, tamanho, custo e confiabilidade.Um excelente projeto térmico envolve encontrar o equilíbrio ideal entre elesA seguir está uma introdução pormenorizada aos vários parâmetros das barbatanas, incluindo as suas definições, impactos e considerações de projecto.
I. Parâmetros geométricos essenciais
Estes parâmetros definem directamente a forma física e a disposição das barbatanas, tal como mostrado na figura 1 abaixo.
Figura 1: Parâmetros geométricos das nadadeiras
1. Peso da barbatana (P)
Definição:A distância do centro para o centro entre duas barbatanas adjacentes.
Impacto:
1- Pequeno Pitch:Mais barbatanas por unidade de volume, maior área de dissipação de calor, mas maior resistência ao ar e susceptibilidade ao acúmulo de poeira.
2- Grande passo:Resistência do ar mais baixa, menos propensa ao acúmulo de poeira, mas área de dissipação total de calor reduzida.
Consideração do projeto:É necessário encontrar o equilíbrio ideal entre a área de dissipação de calor e a resistência do fluxo de ar. Este é um dos parâmetros de compensação mais críticos.
2Altura das barbatanas (H)
Definição:A altura vertical da barbatana da raiz até à ponta.
Impacto:
1.Aumento da altura:Aumenta significativamente a área de dissipação de calor, aumentando assim a capacidade de arrefecimento.
2Impactos negativos:À medida que as barbatanas ficam mais altas, torna-se mais difícil para o calor na ponta ser conduzido para longe através da placa base,levando a uma diminuição da eficiência das barbatanas (maior diferença de temperatura entre a ponta e a raiz)A resistência mecânica também diminui, tornando-os propensos a vibrações.
Consideração do projeto:A altura deve ser projetada em coordenação com o passo e a espessura.
3Espessura da barbatana (δ)
Definição:A espessura do material da própria barbatana.
Impacto:
1.Aumento da espessura:Facilita a condução de calor da raiz para a ponta (reduz a própria resistência térmica condutora da barbatana), melhorando a eficiência da barbatana.
2. Diminuída espessura:Sob o mesmo passo, permite mais barbatanas (ou seja, menor distância livre), aumentando assim a área de dissipação de calor, mas também aumenta a resistência do ar.
Consideração do projeto:As barbatanas mais finas são utilizadas quando se busca o peso leve e a miniaturização, mas deve ser assegurada a viabilidade do processo e a resistência estrutural.
4. raio interno da barbatana (R)
O raio interno da barbatana (R) é assegurado pelo molde. Geralmente, o projeto não deve especificar um ângulo R muito pequeno.Um R demasiado pequeno pode provocar defeitos como rachaduras nas barbatanas e uma baixa planície após a estampagem.
5Ângulo de desvio da perpendicularidade (a)
O ângulo de desvio (a) do eixo de cada onda de barbatanas em relação à perpendicular da superfície da base.Este ângulo é geralmente controlado dentro de ±3°Excedendo esta tolerância leva a uma má formação das barbatanas.
6. Forma de barbatana
Definição:A forma macro-geométrica da barbatana.
Visão geral:As barbatanas são de vários tipos estruturais, como dentadas, planas (direitas) e perfuradas.A extensão da superfície da barbatana e sua capacidade de perturbar o fluxo do fluido determinam a capacidade de troca de calor.
Características das barbatanas:As suas características de transferência de calor e de fluxo são semelhantes ao fluxo de fluido em tubos circulares longos.
Figura 2: Barbatanas simples
Características das barbatanas dentadas:Os canais de fluido são estampados para serem desiguais, aumentando a turbulência do fluido e melhorando o processo de transferência de calor.
Figura 3: Barbatana dentada
Características da barbatana ondulada:O processo envolve pressionar certas ondulações/ondas em uma barbatana lisa para promover a turbulência do fluido. Quanto mais densas as ondas e maior a amplitude, melhor o desempenho de transferência de calor.
Figura 4: Barbatana ondulada
Características das barbatanas perfuradas:Criado por perfuração de muitos furos em uma barbatana lisa. Eles são frequentemente colocados em secções de distribuição de entrada/saída e onde ocorre mudança de fase do fluido.
Figura 5: Barbatana perfurada
II. Desempenho das barbatanas e parâmetros físicos
Estes parâmetros descrevem as características de desempenho e as propriedades físicas das barbatanas.
1Eficiência
Definição:A proporção da dissipação de calor real da barbatana com sua dissipação de calor ideal (assumindo que toda a barbatana esteja na temperatura da raiz).
Impacto:
1Quanto mais alta, mais fina ou feita de um material menos condutor térmicamente, menor é a sua eficiência (temperatura de ponta mais baixa).
2Uma maior eficiência indica uma melhor utilização do material das barbatanas.
Consideração do projeto:O objetivo é tornar a eficiência das barbatanas o mais alta possível (normalmente desejada > 70-80%).Isto significa escolher materiais com boa condutividade térmica e conceber racionalmente a relação altura/espessura.
2Diâmetro hidráulico
Definição:Parâmetro abrangente utilizado para descrever as características dos canais de fluxo entre as barbatanas.
Impacto:Determina as características de fluxo e o número de Reynolds (Re) dentro do canal, afetando assim o coeficiente de transferência de calor por convecção e a resistência ao fluxo.
Consideração do projeto:Os engenheiros usam-no para cálculos de dinâmica de fluidos e transferência de calor.
3- Proporção entre a superfície e o volume
Definição:Área de superfície de dissipação de calor fornecida por unidade de volume do dissipador de calor.
Impacto:Uma relação mais elevada indica uma melhor compacidade do dissipador de calor, permitindo uma maior capacidade de arrefecimento num espaço limitado.
Consideração do projeto:Em aplicações de espaço limitado (por exemplo, laptops, telefones celulares), alcançar uma alta área de superfície para relação volume é fundamental.
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