スパイラルフローチャネルの設計方法 液体冷却プレート 1200Wの熱源用ですか?
1. 設計の背景とコア要件
1200W出力機器の放熱システムにおいて、従来のストレートチャネルプレートは、局所的な熱蓄積や熱交換効率の低下といった問題を抱えることが多い。本設計は、直径150mmの熱源に対応する150mm×25mm、厚さ140mmのインペラプレートをターゲットとし、螺旋状の流路を通して流体の流路を最適化することで、均一な熱伝達と熱源からの効率的な放熱を実現し、機器の長期安定運転に必要な放熱要件を満たしている。 摩擦撹拌接合 底板とカバー板を使ったプロセス
2. スパイラルフローチャネルのコア設計パラメータ
「熱源への適応と流れ場の最適化」を核として、1200W熱源の放熱要件とインペラプレートの寸法との正確な一致を保証するために、スパイラルフローチャネルの主要パラメータが決定されます。
1.流路の基本寸法：
流路幅は8mm、深さは18mm（構造強度確保のため板厚7mmを確保）に設定しています。単円流路の長さは約439.6mm（熱源直径140mmを基準に算出）、合計2.5円で、流路全長は約1099mmとなります。
2.ヘリカルリード角：
流体抵抗と熱交換接触面積のバランスをとるため、15°の一定リード角を採用しています。リード角が小さすぎると流体の淀みが生じやすく、大きすぎると熱交換時間が短くなります。15°の角度により、1200Wの熱源から発生する熱が流路に沿って均一に伝わり、局所的な熱の蓄積を防ぎます。
3.入口と出口の設計：
入口と出口は、インペラプレートの対角隅（端から20mm）にそれぞれ配置されています。入口径は10mm、出口径は12mmで、従来の放熱流体配管と互換性があります。同時に、入口流体と出口流体の干渉を回避し、流れ場の安定性を確保します。
3. 設計上の利点と放熱原理
（１）1W熱源への適応による主な利点
•熱交換面積の最大化：同じサイズの直線チャネルと比較して、スパイラルフローチャネルは熱交換面積を約60％増加させ、直径140mmの熱源の加熱領域に完全に接触し、1200Wの電力によって発生した熱を素早く吸収します。
• 流路にデッドゾーンなし：螺旋状の流路により、流体（冷却液など）は厚さ25mmのプレート内で「螺旋循環」を形成し、直線流路に見られる「短絡流」の問題を回避します。これにより、140mmの熱源エリア内の温度が均一になり、温度差は5℃以内に抑えられます。
•構造互換性：外形寸法は150mm×150mmで、ほとんどの1200Wクラスの機器の設置スペースに直接適合します。厚さ25mmの筐体は、機器構造への追加調整を必要とせず、放熱効率と機器のコンパクトさを両立します。
（2）放熱原理
1200W熱源が作動すると、熱は熱伝導によって羽根車プレート本体に伝達されます。スパイラル流路内の流体（熱伝導油や冷却液など）は、15°のリード角で流路に沿って流れます。流路全長1099mmの範囲内で、「対流熱交換」により継続的に熱を吸収します。同時に、スパイラル流路の螺旋構造は流体の乱流効果を高め、層流と比較して熱交換効率を約40%向上させます。最終的に、1200W熱源の急速冷却を実現し、機器のコア部品の温度を安全な閾値内に制御します。
4. 設計検証の指示
設計の実現可能性をさらに検証するために、次の 2 つの側面を実行できます。
1.シミュレーション検証:数値流体力学(CFD)シミュレーションソフトウェアを使用する Ansys 2022 R1 1200W熱源下の流れ場と温度場をシミュレートし、螺旋流路内の流体速度（0.8～1.2m/sに制御することを推奨）と熱源領域の最大温度が設計目標を満たすかどうかを検証します。
2.物理試験：寸法が150×150×25mmのスパイラルフローチャネルインペラプレートサンプルを製造し、直径140mm、1200Wの模擬熱源を装備し、異なる流量下での放熱効率をテストし、従来のストレートチャネルインペラプレートとの冷却効果を比較し、フローチャネルの詳細を最適化します。
5. 結論
本設計は、1200Wの熱源、150×150×25mmのインペラプレートサイズ、140mmの熱源直径という1200つのコア条件を軸に、スパイラル流路のパラメータ最適化と構造設計により、限られたスペース内で熱交換面積、流路安定性、構造適合性のバランスを実現しました。XNUMXWクラスの機器に効率的でコンパクトな放熱ソリューションを提供するとともに、同サイズのインペラプレートの流路設計にも参考となるパラメータとアイデアを提供します。
