Electrónica de enfriamiento de aire forzado. Material bélico. Resistencia al aire CEA
El enfriamiento forzado de la electrónica es una práctica común. ¿Tienes un elemento poderoso en el tablero? ¡No hay problemas! Coloque un radiador más grande, pero un ventilador es más potente y aquí está la solución a su problema. Pero no es tan simple. No solo eso, los ventiladores potentes crean un alto nivel de ruido, sino que el dispositivo electrónico en sí también tiene resistencia al flujo de aire. La regla "más es mejor" no funciona aquí. Por qué, se describirá en este artículo. Además, para los fanáticos más geniales importados del extranjero, debe obtener una licencia de importación.Formulación del problema
Supongamos que encuentra un potente ventilador de CC con un caudal de aire volumétrico de aproximadamente 30 pies3 \ min. No hay límite para su alegría, porque cuanto mayor es el flujo de aire, mayor es la tasa de flujo de aire dentro del dispositivo, lo que a su vez permite enfriar mejor los elementos. Sin embargo, 30 pies3 \ min: este es el flujo de aire que obtendríamos si no hubiera resistencia del aire en la ruta del flujo de aire, lo que, lo más probable, no es realista.Seguramente viste tales curvas (Fig. 1) en las hojas de datos de los ventiladores (si, por supuesto, alguna vez las has mirado. Soplando y soplando). Trataré de explicar su significado. La ordenada muestra la cabeza hidráulica (cabezas hidráulicas en inglés) en mm (o más a menudo en pulgadas) de agua, y la abscisa muestra el flujo en pies cúbicos por minuto. El valor de presión máxima se puede obtener si cierra, digamos, con la palma de la mano, el ventilador. En este caso, no habrá flujo de aire y toda la energía se destinará a crear presión. Si no hay obstáculos para el flujo de aire, desarrollaremos un caudal volumétrico máximo, lo cual es bueno.
Higo. 1. Curva de rendimiento típica del ventilador PMD1204PQB1-A. (2) .U.GN.La realidad suele ser que el sistema tiene una resistencia al aire finita y debe seleccionar un punto en la curva para obtener el valor real del flujo de volumen. La dependencia en el sistema tiene una forma cuadrática.
R es la resistencia total al aire del sistema. G - caudal volumétrico de aire. La resistencia generalmente consiste en pérdidas debido a la interacción del flujo de aire con la placa de circuito impreso, la carcasa, las aberturas de entrada y salida, varias extensiones y contracciones en la carcasa. Para todos estos elementos en la literatura especializada existen fórmulas aproximadas para calcular la resistencia.
Higo. 2. Curva de rendimiento del ventilador y resistencia del sistema.Formas de encender ventiladores
A menudo, se utilizan varios ventiladores para enfriar el sistema. Hay una diferencia en cómo piensa entregarlos, en paralelo o en serie. Paralelamente, esto es cuando pones dos ventiladores uno al lado del otro, y en serie, estos son dos ventiladores uno tras otro. La instalación en serie aumenta la presión estática y es más adecuada para sistemas con alta resistencia interna (por ejemplo, cuando tiene una instalación muy apretada de elementos en el caso y la perforación de ventilación no es impresionante) (Fig. 3), pero paralela (Fig. 4), por el contrario, para sistemas con baja resistencia al flujo de aire y se utiliza para aumentar el flujo de masa.
Higo. 3. Encendido de los ventiladores en serie
Fig. 4. Encender los ventiladores en paraleloEl gráfico (Fig. 4) muestra que cuando se instala en paralelo, aumentamos el flujo de volumen, para obtener el resultado final, solo necesitamos agregar el flujo de volumen del segundo ventilador al flujo de volumen del primer ventilador y reconstruir el gráfico. La situación para la inclusión secuencial es la misma, pero aquí sumamos la presión. Quiero señalar que es mejor usar dos ventiladores idénticos (especialmente en el caso de la conexión en serie). De lo contrario, puede encontrar fenómenos desagradables, por ejemplo, con el hecho de que su aire irá en la dirección opuesta. Observo que el uso de ventiladores adicionales no conducirá al rendimiento del sistema de enfriamiento N-fold.Cómo describir la resistencia al aire de un dispositivo electrónico.
Para caracterizar la respuesta del dispositivo al flujo de aire, puede usar la analogía con el circuito eléctrico (el método de analogía se usa aquí). La resistencia al aire es resistencia eléctrica. El flujo de aire es una corriente eléctrica. Caída de voltaje - pérdida de presión. Todavía hay capacitancias e inductancias, pero no las necesitamos en este caso. Por lo tanto, para describir el sistema, es necesario resaltar las partes individuales que tienen un impacto significativo en el flujo de aire, anote para cada expresión de resistencia al aire. Son bastante simples. Luego, se registra una cadena de resistencias de flujo de aire, se busca la resistencia total y, finalmente, se construye la curva característica de su dispositivo. Esto lo haremos en base a un ejemplo. Pero primero, te daré los componentes básicos en los que se puede descomponer tu dispositivo,y registrar la resistencia del aire para ellos.La siguiente figura muestra la expresión de una pared perforada. O solo por el hoyo. Puede describir las paredes de ventilación de entrada.
Higo. 5. Muro perforado y expresión para ello.A menudo, el dispositivo tiene compartimentos con diferentes volúmenes. Entonces, sí, también tienen resistencia al aire.
Higo. 6. Expansión del volumen.Chanclas.
Higo. 7. Gire.La interacción entre las dos superficies, ya sea PP o la superficie del cuerpo.
Higo. 8. FricciónSurge la pregunta, pero ¿cómo describimos la resistencia al aire del PP con los elementos ubicados en él? ¿Es realmente necesario describir el tablero en detalle, dividiéndolo en subelementos? No, no necesita. En nuestro caso, las personas inteligentes han realizado muchos experimentos, cálculos y simulaciones. En principio, todas las placas se pueden reducir a uno u otro caso típico en términos de flujo de aire. Para cada uno de ellos hay una fórmula empírica más o menos precisa para el cálculo. La siguiente tabla muestra estas fórmulas para diversas configuraciones y ubicaciones de la PCB dentro del gabinete. Necesitamos el caso (a): un solo PP.
Ejemplo de calculo
Por ejemplo, escribimos la resistencia del aire para el siguiente caso con el PP ubicado en él.
Higo. 9. Un ejemplo del dispositivo para el que se realizó el cálculo.En este caso, están presentes las siguientes resistencias de aire: perforación de entrada, expansión en la salida del ventilador, resistencia de PCB, resistencia entre el PCB y la cubierta superior de la carcasa, resistencia de perforación de salida. Todas estas resistencias se escriben secuencialmente, y no hay nada complicado. El cálculo se proporciona en el archivo adjunto MathCAD, por lo que cualquiera que lo necesite puede mirar y aprovechar los desarrollos. Necesita usar sus dimensiones geométricas de los elementos, perforaciones. Además, este archivo proporciona un cálculo de la resistencia al aire de los radiadores instalados en CPU1 y CPU2. Aquí no doy su cálculo.Todos los cálculos son de Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics .Daré los resultados. El gráfico (Fig. 9) muestra en rojo la resistencia del aire y la inclusión de un ventilador adicional en serie, y en la Figura 10, en paralelo.
Higo. 9. Resultados de cálculo para ventiladores conectados secuencialmente
Fig. 10. Resultados de cálculo para ventiladores conectados en paraleloTotal
El sistema resultó con una baja resistencia al aire, por lo tanto, una conexión paralela de ventiladores dará un mayor efecto. Ahora, conociendo los parámetros del sistema, puede comenzar a calcular el régimen térmico de su dispositivo electrónico. Aquí se describe cómo hacer esto usando aproximaciones de ingeniería , así como también confirmando el resultado aquí usando el modelado en Autodesk CFD.Este artículo fue escrito usando el libro Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics.Enlace al archivo MathCAD para cálculos. Source: https://habr.com/ru/post/es387551/
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