Что такое радиатор и как он работает?

Современные электронные устройства очень горячие. Вот как радиаторы охлаждают их, чтобы мы могли их использовать.

Перегрев проблематичен для ваших устройств; вот почему отвод тепла жизненно важен для контроля температуры электронных устройств или аналогичных источников тепла.

Радиаторы используются в электронных устройствах для отвода тепловой энергии в окружающую среду и для охлаждения ваших устройств. Но что такое радиатор и как он работает?

В современную эпоху мы окружены электронными системами и гаджетами. От микропроцессорного чипа до базовой приемопередающей станции (BTS) для систем мобильной связи — электронным продуктам для работы требуется электроэнергия.

Хотя часть этой мощности используется для работы устройства, остальная ее часть рассеивается (в зависимости от эффективности устройства), в основном в виде тепла.

Однако из-за миниатюризации устройств электронные устройства не могут накапливать тепло и должны отдавать эту тепловую энергию в окружающую среду. Для этой цели часто используются радиаторы.

Радиатор — это часть горячего электронного устройства, которая поглощает его тепло посредством проводимости, а затем передает эту энергию в окружающую среду посредством конвекции и излучения. Общая конструкция радиатора показана ниже:

Электронные устройства спроектированы таким образом, что для соединения источника тепла и радиатора используются минимальный интерфейс и теплопроводящие материалы, чтобы тепло не могло накапливаться внутри устройства. Радиаторы сконструированы таким образом, чтобы обеспечить путь к устройствам для отвода тепла с низким термическим сопротивлением.

Радиаторы изготовлены из теплопроводящих материалов, чаще всего из алюминия (теплопроводность: 237 Вт/м·К). Алюминий — дешевый металл по сравнению с другими теплопроводящими материалами, такими как серебро и золото.

Тепло от относительно небольшого электронного корпуса поглощается плоской металлической пластиной за счет проводимости. Проводимость часто облегчается путем нанесения термопасты между внешним корпусом электронного устройства и радиатором. Это обеспечивает правильный физический контакт с пастой с высокой теплопроводностью.

Тепло от относительно меньшего электронного корпуса должно распространяться по большей поверхности радиатора за счет проводимости.

Однако тепловая энергия испытывает сопротивление распространению тепла, когда меньшая площадь поверхности источника тепла вступает в физический контакт с большей площадью поверхности радиатора. Вот почему важно контролировать сопротивление растеканию, выбирая подходящую толщину контакта опорной пластины радиатора.

Радиатор с минимальным сопротивлением растеканию обеспечивает почти равномерное распределение тепла на опорной пластине и ребрах. Таким образом, площадь поверхности радиатора используется эффективно. Однако расчет сопротивления растеканию выходит за рамки этой статьи.

На другой стороне опорной пластины радиатора расположено множество металлических ребер, обеспечивающих увеличенную площадь поверхности для тепловой конвекции тепла. Ребра не располагаются слишком близко друг к другу, так как это может препятствовать способности жидкости, т. е. воздуха, в большинстве случаев, свободно проходить между ребрами для рассеивания тепла.

Для равномерного распределения тепла у основания радиатора используется вся площадь поверхности, обеспечиваемая ребрами, для отдачи тепла в окружающий воздух с использованием естественной или принудительной конвекции воздуха.

Естественная конвекция — это процесс, при котором окружающий воздух уносит тепловую энергию от ребер радиатора, используя естественный поток жидкости, т. е. без приложения давления через внешний источник. В этом процессе поток или скорость молекул жидкости медленны.

В методе принудительной конвекции для теплообмена используется нагнетатель или вентилятор для увеличения скорости потока жидкости через поверхность ребер радиатора. Можно использовать вентилятор постоянного тока или ШИМ.

Увеличение потока воздуха приводит к отводу большего количества тепла от радиатора. Обычно принудительная конвекция используется в тех случаях, когда требуется отвод большого количества тепловой энергии или в конструкции требуется радиатор меньшего размера.