Frage:
Wärmeübertragung in einem luftdichten Gehäuse (Komponente -> interne Umgebung -> Kühlkörper am Gehäuse?)
darron
2011-06-20 21:02:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sind die Wärmewiderstandswerte von Kühlkörpern / usw. einigermaßen reversibel? Wenn ich einen internen Anstieg der Umgebungstemperatur ableiten wollte, könnte ich einen internen Kühlkörper an der Gehäusewand verwenden, der mit einem Kühlkörper an der Außenseite verbunden ist, um Wärme aus der Box zu ziehen?

Kann ich denselben verwenden? Wärmewiderstände der Kühlkörper in umgekehrter Reihenfolge, um zu berechnen, wie effizient dies ist, um der Luft Wärme zu entziehen? (Unter der Annahme zusätzlicher Widerstände von Spüle Nr. 1 -> Wand und Wand -> Spüle Nr. 2)

Ich entwickle ein Produkt, das sich in einem versiegelten Gehäuse befinden muss. Ich versuche auch, den höchstmöglichen Betriebstemperaturbereich zu erreichen (auf -40 bis 85 ° C). Ich versenke einige Wärmequellen (Power Bricks, Power Op Amps) direkt auf das Metallgehäuse ... aber das bin ich nicht Derzeit kann die Wärme von der CPU selbst (~ 1W) direkt auf das Gehäuse übertragen werden. Ich könnte ein Heatpipe mit großem Temperaturbereich hinzufügen, aber ich möchte es vermeiden.

Wir sprechen nicht über so viel Wärme, aber ich habe einfach nicht viel Platz in der Nähe der Oberseite von meinem angestrebten Umgebungsbereich (105 ° C Tj und 85 ° C Ta) ... Die CPU würde einen Kühlkörper benötigen, selbst wenn er nicht eingeschlossen wäre.

BEARBEITEN

Okay, um das zu verdeutlichen, frage ich wohl, ob der Wärmewiderstand eines Kühlkörpers einfach ein Wärmeleitfähigkeitswert ist, den ich als Zahl für den Temperaturanstieg einer bestimmten Menge an Leistung verwenden kann es verursacht UND genau das Gegenteil davon, wie viel Leistung es bei einem bestimmten Temperaturunterschied darüber leiten wird. (Ein 10 ° C / Watt-Kühlkörper würde also für 1 Watt 10 Grad über der Umgebungstemperatur liegen, und wenn die Umgebungstemperatur 10 ° C über der Spüle wäre, würde er 1 Watt Wärme aus der Umgebung ziehen.)

...

Angenommen, meine CPU leistet 1 Watt. Bei einem Kühlkörper beträgt der Tjs (Chip to Sink) 0,5 ° C / Watt und der Tsa (Sink to Amibent) des Kühlkörpers 9,5 ° C / Watt bei insgesamt 10 ° C / Watt. Meine CPU liegt dann 10 ° C über der unmittelbar in der Nähe befindlichen internen Umgebungstemperatur.

In meine interne Umgebung wird ungefähr 1 Watt Strom eingespeist, und dieser Strom muss irgendwohin.

Zwischen meinem CPU-Kühlkörper und der Gehäusewand befinden sich ungefähr 3 Zoll. Mit einer Thermik Leitfähigkeit von Luft bei 0,025 W * (m ^ -1) / ° C würde es einen Anstieg von etwa 3 ° C über diese 3 "geben, um 1 Watt zu übertragen. (Richtig? Dies scheint mir zu niedrig. Außerdem werden interne Konvektionseffekte ignoriert.) Nennen Sie dies 3 ° C / Watt = Steuer (interne Umgebungsübertragung).

Der Pfad ist dann normalerweise Tac ( Widerstand interne Umgebung zu Gehäuse) plus TcA (Gehäuse zu externer Umgebung).

Wenn ich innen und außen Kühlkörper anbringe, habe ich Tah (interne Umgebung zu internem Kühlkörper), Thc (interne Wärme) Spüle zu Gehäuse), TcH (Gehäuse zu externem Kühlkörper), THA (externer Kühlkörper zu externer Umgebung). (obwohl ich eigentlich auch noch Tac und TcA habe, für die Gehäuseoberfläche, die nicht von Kühlkörpern bedeckt ist))

Angenommen, Tah ist 3 ° C / Watt, Thc ist 0,25 ° C / Watt, TcH ist 0,1 ° C / Watt und THA ist 1 ° C / Watt.

Ich habe 1 Watt Leistung für Tjs, Tsa, Tax, Tah und Thc. Ich habe zusätzlich bis zu 5 Watt Leistung aus anderen direkt an das Gehäuse angeschlossenen Quellen in das Gehäuse eingespeist. Ich habe also 6 Watt Leistung für TcH und THA.

Kann ich dann sagen, dass mein externes Umgebungsmaximum ist:

Tjs + Tsa + Tax + Tah + Thc + TcH + THA oder 0,5 + 9,5 + 3,0 + 3,0 + 0,25 + 0,6 + 6,0 = 22,85 ° C / Watt

Mit Tj von 105 würde meine maximale externe Umgebung 82,15 ° C?

betragen
Fünf antworten:
Vintage
2011-06-21 01:51:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ja, Wärmewiderstand / Wärmeleitfähigkeit ist eine Zwei-Wege-Straße für passive leitfähige Kühlgeräte mit gleichen Geschwindigkeitsbegrenzungen für beide Richtungen.

OK, jetzt zu den Einschränkungen: Wenn Ihr Kühlkörper ist Wenn Sie für den erzwungenen Luftstrom ausgelegt sind und keinen erzwungenen Luftstrom haben, ist der Wärmestrom durch den Kühlkörper unterschiedlich. Ihr Kühlkörper ist an beiden Enden für bestimmte Bedingungen ausgelegt. Wenn Sie diese Bedingungen (an beiden Enden) erfüllen, mit Ausnahme der Umkehrung der Temperaturbedingungen, können Sie einen gleichen, aber entgegengesetzten Wärmestrom erwarten.

Angenommen, Ihr 10C / W-Kühlkörper hat eine Leitfähigkeit von 10C / W. Wärme von einer 1W-Quelle zu stiller Luft, wobei die Kontaktfläche mit Luft Rippen sind. Jetzt bringen Sie diese Lamellen in Ihrem Gehäuse in Kontakt mit stiller Luft und bringen das äußere Ende Ihres Kühlkörpers in Kontakt mit einem Gerät (z. B. einer Kühlplatte), das das Ende des Kühlkörpers 10 ° C kühler hält als die Innenluft. In diesem Fall erhalten Sie 1 W Energiefluss von den Lamellen des Kühlkörpers zum Kühlgerät (Kühlplatte).

Sie sollten Folgendes beachten: Warme Luft steigt auf und kühlere Luft Stürze. Luftlamellen sind am effektivsten, wenn heiße Luft aus ihnen aufsteigen kann und kühlere Luft mit den Lamellen in Kontakt kommen kann. Kühlrippen hingegen wären effizienter, wenn sie so platziert würden, dass gekühlte Luft von ihnen abfallen kann.

Die Außenseite eines Gehäuses kann Luftbewegungen erfahren, auch wenn dies nur auf den von Ihnen erwähnten Konvektionseffekt zurückzuführen ist. Innerhalb eines Gehäuses möchte ich mich jedoch nicht auf einfache Konvektion verlassen. Ich würde auf jeden Fall einen Ventilator von innen wollen.
stevenvh
2011-06-20 21:14:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wie viel Wärme an die Umgebung abgegeben wird, hängt von zwei Faktoren ab: dem Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der Umgebung und dem gesamten Wärmewiderstand zwischen diesen.
Eines der Elemente in dieser Wärmewiderstandskette ist der Widerstand zwischen der Luft in Ihrem Gehäuse und der Wand des Gehäuses. Wenn Sie einen Kühlkörper in das Gehäuse einbauen, wird dieser Wärmewiderstand durch die Summe von zwei neuen Widerständen ersetzt: den zwischen Luft und Kühlkörper und den zwischen Kühlkörper und Gehäusewand. Die Intuition besagt, dass Ersteres aufgrund der größeren Kontaktfläche geringer sein wird. Und der Wärmewiderstand zwischen zwei Metallobjekten in engem Kontakt ist auch viel geringer als der zwischen Luft und einem Objekt. Die Wärmeleitpaste zwischen Kühlkörper und Gehäuse verringert diesen Widerstand weiter.
Insgesamt wird der gesamte Wärmewiderstand durch Hinzufügen eines Kühlkörpers auf der Innenseite verringert. Sie können ihn jedoch nicht einfach als Spiegelbild des Kühlkörpers auf dem Gehäuse berechnen draußen.

Bearbeiten
OK, ich verstehe, was Sie mit Umkehrung meinen, und die Antwort lautet Ja. Ein Temperaturunterschied führt dazu, dass Wärme von der höheren zur niedrigeren Temperatur fließt. Peltier-Kühler verwenden dies, um Wärme von der Wärmequelle wegzudrücken, indem sie eine viel niedrigere Temperatur erzeugen. Wenn Sie keine Wärme mehr abführen können, nimmt die Temperaturdifferenz ab und erreicht einen Gleichgewichtszustand, wenn die Temperatur überall gleich ist.

Ich frage mich wohl, ob der Wärmewiderstandswert eines Kühlkörpers in beide Richtungen geht ... sowohl in Bezug auf den pro Watt verursachten Temperaturunterschied als auch in Bezug auf die Wattleistung, die bei einem bestimmten Temperaturunterschied aus der Umgebung abgeführt wird. Ich habe die Frage erweitert.
JustJeff
2011-06-21 03:00:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ich habe keine Nummern zu bieten, kann Ihnen aber sagen, dass es Systeme gibt, die genau das tun, was Sie vorschlagen. Ein Lüfter und ein Kühlkörper im Inneren des Gehäuses, gekoppelt mit einem Lüfter und einem Kühlkörper außerhalb des Gehäuses, scheinen eine praktikable Konstruktion zu sein.

Linker3000
2011-06-21 05:27:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ich frage mich, ob ein im Gehäuse verschraubter Peltier-Kühler helfen könnte, die Innentemperatur zu senken.

Es wäre höchst ineffizient. Das Peltier würde das Gehäuse erwärmen, und der Rest der Innenfläche des Gehäuses würde einen Großteil dieser Wärme direkt zurück in die Innenluft übertragen. Ein Peltier auf der CPU selbst könnte funktionieren, aber bei einer Verlustleistung von 1 W für meine CPU würde der Peltier einen großen Prozentsatz des gesamten Stromverbrauchs meines Produkts ausmachen.
david
2015-01-05 12:24:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Der Wärmewiderstand ist kein fester Wert: Er hängt unter anderem von der Lufttemperatur ab.

Technisch gesehen hat der Kühlkörper in der Box nicht den gleichen Wärmewiderstand wie der Kühlkörper außerhalb der Box, es sei denn, die Temperatur in der Box entspricht der Temperatur außerhalb der Box. Was es nicht sein kann, überhaupt einen Wärmefluss zu erhalten.

Dies ist ein Effekt zweiter Ordnung. Der Wärmewiderstand hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab.

"Der Wärmewiderstand ist kein fester Wert: Er hängt unter anderem von der Lufttemperatur ab."- Ähm, nein.Der Wärmewiderstand * ist * die feste Zahl in der Gleichung.Aus diesem Grund kann und wird der Wärmewiderstand von den Herstellern für z.ihre Kühlkörper.Es ändert sich nicht mit der Temperatur, wohingegen natürlich der tatsächliche Wärme- / Energiefluss * von der Temperaturdifferenz * und * dem Wärmewiderstand abhängt.
@JimmyB Der vom Hersteller angegebene "konstante" Wert wird nur bei einer bestimmten Lufttemperatur angegeben, und Sie können den effektiven Widerstand für andere Bedingungen berechnen.Der Wärmewiderstand von Luft ist nicht konstant, da sich die Dichte der Luft mit der Temperatur ändert.Der Wärmewiderstand eines Kühlkörpersystems mit Luft ist also / nicht / ein fester Wert.Glücklicherweise ist dies kein scharfes Optimum.
"Der vom Hersteller angegebene" konstante "Wert wird nur bei einer bestimmten Lufttemperatur angegeben" - Gibt es dafür eine Quelle?- Sie sagen also, dass die Wärmeableitungskapazität eines bestimmten Kühlkörpers in Watt anders ist, wenn er bei 50 ° C / 0 ° C betrieben wird als in einer Situation mit 150 ° C / 100 ° C?Das ist einfach nicht der Fall.Dies setzt natürlich voraus, dass Sie die Temperatur tatsächlich auf der kalten Seite auf dem gegebenen Niveau halten, z.über erzwungenen Luftstrom.
"Der Wärmewiderstand von Luft ist keine Konstante" - Beachten Sie, dass der Wärmewiderstand von Luft oder einem anderen Medium in Fällen von Wärmeableitung irrelevant ist.Wir verlassen uns normalerweise nicht darauf, dass sich Wärme langsam durch die Luft ausbreitet.was aufgrund der Konvektion, die wir dann stoppen müssten, sowieso schwer zu erreichen wäre.- Wenn wir * Isolierung * wollen, z.In Gebäuden müssen wir tatsächlich Maßnahmen ergreifen, um die Konvektion in der Isolationsschicht zu verhindern, um den hohen Wärmewiderstand der Luft zu nutzen.
Wie in der Antwort angegeben: "Dies ist ein Effekt zweiter Ordnung".Als Antwort auf den ursprünglichen Beitrag "Könnte ich einen internen Kühlkörper verwenden?" Und die Luftdichte ist für bewegte Luft genauso relevant wie für statische.Ihre Kommentare befassen sich weder mit dem Sonderfall der ursprünglichen Frage noch mit dem Sonderfall der gegebenen Antwort - und sind auch technisch nicht korrekt.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...