عدد نادسن یک هیت سینک باله ای پیوندی چند است؟

من به عنوان تامین کننده هیت سینک های باله ای متصل، اغلب با سوالات فنی مختلفی از مشتریان مواجه می شوم. یک سوال که اغلب مطرح شده است، در مورد عدد نادسن یک هیت سینک باله ای است. در این پست وبلاگ، من به این می پردازم که عدد Knudsen چیست، اهمیت آن در زمینه هیت سینک های باله متصل شده و نحوه ارتباط آن با محصولات ما.

درک عدد نادسن

عدد نادسن (Kn) یک کمیت بدون بعد است که در مکانیک سیالات و انتقال حرارت استفاده می شود. به عنوان نسبت میانگین مسیر آزاد (λ) مولکول های گاز به طول مشخصه (L) سیستم تعریف می شود. از نظر ریاضی می توان آن را به صورت زیر بیان کرد:

[ Kn=\frac{\lambda}{L} ]

میانگین مسیر آزاد میانگین فاصله ای است که یک مولکول گاز بین برخوردهای متوالی طی می کند. این بستگی به عواملی مانند دمای گاز، فشار و اندازه مولکولی دارد. طول مشخصه یک بعد نماینده سیستم مورد بررسی است. برای یک هیت سینک باله ای متصل، طول مشخصه می تواند فاصله باله، ارتفاع باله یا برخی ابعاد مرتبط دیگر باشد.

عدد نادسن بسیار مهم است زیرا به ما کمک می کند رژیم جریان گاز در اطراف هیت سینک را تعیین کنیم. بر اساس مقدار عدد نادسن، جریان را می توان به رژیم های مختلف طبقه بندی کرد:

1. رژیم مستمر: وقتی ( Kn \ll 1 ) (معمولا ( Kn < 0.01 ))، گاز را می توان به عنوان یک محیط پیوسته در نظر گرفت. در این رژیم می توان از معادلات ناویر - استوکس که حرکت سیالات چسبناک را توصیف می کند برای تجزیه و تحلیل جریان و انتقال حرارت در اطراف هیت سینک استفاده کرد. اکثر برنامه های معمولی سینک حرارتی در این رژیم کار می کنند، جایی که مولکول های گاز به قدری به هم نزدیک هستند که رفتار فردی آنها را می توان به طور متوسط ​​ارزیابی کرد.

2. رژیم جریان لغزش: برای ( 0.01 < Kn < 0.1)، گاز شروع به انحراف از رفتار پیوسته می کند. در سطح هیت سینک، مقدار کمی لغزش بین گاز و سطح جامد وجود دارد. برای محاسبه این لغزش باید شرایط مرزی خاصی برای معادلات ناویر - استوکس اعمال شود.

3. رژیم جریان گذار: هنگامی که ( 0.1 < Kn < 10 ) ، جریان در حال گذار بین جریان لغزش و جریان مولکولی آزاد است. تجزیه و تحلیل پیچیده تر می شود و نه رویکرد پیوسته و نه رویکرد مولکولی آزاد به طور کامل قابل اجرا نیستند.

4. رژیم جریان مولکولی آزاد: برای ( Kn \gg 1 ) (معمولا ( Kn > 10 ))، مولکول های گاز عمدتاً با سطوح هیت سینک تعامل دارند نه با یکدیگر. در این رژیم، انتقال حرارت و جریان سیال توسط برخوردهای مولکولی با سطوح جامد کنترل می شود.

عدد نادسن در هیت سینک های باله باند

در مورد هیت سینک های باله ای پیوندی، عدد نادسن نقش مهمی در تعیین عملکرد انتقال حرارت دارد. ساختار باله یک هیت سینک باله ای متصل از چند باله نازک تشکیل شده است که به یک صفحه پایه متصل شده اند. فاصله و ارتفاع باله کوچک می تواند منجر به اعداد نادسن نسبتاً بزرگ شود، به خصوص در کاربردهایی که فشار گاز کم است یا طول مشخصه کوچک است.

بیایید یک مثال را در نظر بگیریم. فرض کنید ما یک هیت سینک باله‌ای پیوندی با فاصله باله‌ای داریم (L = 1 \mathrm{mm}). در شرایط جوی معمولی، میانگین مسیر آزاد هوا تقریباً (\lambda=68 \mathrm{nm}) است. عدد نادسن در این مورد (Kn=\frac{68\times10^{- 9}}{1\times10^{-3}} = 6.8\times10^{-5}) است که به خوبی در رژیم پیوسته قرار دارد. با این حال، اگر هیت سینک در یک محیط کم فشار، مانند محفظه خلاء یا در ارتفاعات بالا استفاده شود، میانگین مسیر آزاد گاز می تواند به میزان قابل توجهی افزایش یابد. به عنوان مثال، اگر فشار به (1 \mathrm{Pa}) کاهش یابد، میانگین مسیر آزاد هوا می‌تواند به حدود (6.8 \mathrm{mm}) افزایش یابد. سپس عدد نادسن تبدیل می‌شود (Kn=\frac{6.8\times10^{-3}}{1\times10^{-3}} = 6.8)، که در رژیم جریان انتقال است.

در رژیم پیوسته، انتقال حرارت از هیت سینک به گاز اطراف عمدتاً از طریق همرفت و هدایت صورت می گیرد. باله ها سطح سینک گرما را افزایش می دهند و انتقال حرارت همرفتی را افزایش می دهند. با این حال، با افزایش عدد نادسن و ورود جریان به رژیم جریان لغزشی یا جریان انتقال، مکانیسم انتقال حرارت تغییر می‌کند. لغزش در سطح ضریب انتقال حرارت همرفتی را کاهش می دهد و برخورد مولکولی با سطوح اهمیت بیشتری پیدا می کند.

هیت سینک های باله ای پیوندی ما برای عملکرد بهینه در طیف وسیعی از اعداد Knudsen طراحی شده اند. ما از تکنیک‌های ساخت پیشرفته استفاده می‌کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که هندسه باله دقیقاً کنترل می‌شود، که به حفظ عملکرد انتقال حرارت پایدار حتی در رژیم‌های جریان غیرپیوسته کمک می‌کند. فرآیند پیوند بین پره ها و صفحه پایه نیز به دقت بهینه شده است تا مقاومت حرارتی را به حداقل برساند و انتقال حرارت را افزایش دهد.

مقایسه با انواع دیگر هیت سینک

مقایسه ویژگی های عدد نادسن هیت سینک های باله ای پیوندی با انواع دیگر هیت سینک ها، مانندهیت سینک های آلومینیومی اکسترود شده،سینک های حرارتی باله ای مهر و موم شده آلومینیومی، وسینک های حرارتی فورج سرد.

هیت سینک های آلومینیومی اکسترود شده معمولاً با فشار دادن آلومینیوم از طریق قالب برای ایجاد یک شکل پیوسته با پره ها ساخته می شوند. فاصله و ارتفاع باله در هیت سینک های اکسترود شده در مقایسه با هیت سینک های باله ای پیوندی نسبتاً بزرگ است. در نتیجه، طول مشخصه بزرگتر است و عدد نادسن در شرایط عملیاتی معمولی معمولاً کوچکتر است. این بدان معنی است که سینک های حرارتی اکسترود شده بیشتر در رژیم پیوسته کار می کنند.

هیت سینک های پره دار آلومینیومی با مهر زنی باله ها از یک ورق آلومینیوم و سپس اتصال آنها به صفحه پایه ساخته می شوند. هندسه باله می تواند پیچیده تر از هیت سینک های اکسترود شده باشد، اما طول مشخصه هنوز نسبتاً بزرگ است. مشابه هیت سینک های اکسترود شده، معمولاً در رژیم پیوسته کار می کنند.

سینک های حرارتی فورج سرد با شکل دادن به فلز تحت فشار بالا ساخته می شوند. آنها می توانند طراحی فشرده تری با فاصله و ارتفاع باله های کوچکتر داشته باشند. با این حال، در مقایسه با هیت سینک های باله ای متصل، اتصال بین پره ها و صفحه پایه در هیت سینک های فورج سرد ممکن است در برخی موارد کارآمد نباشد. ویژگی‌های عدد نادسن هیت سینک‌های فورج سرد بسته به طراحی خاص و شرایط عملیاتی متفاوت است.

اهمیت برای کاربردهای مختلف

عدد نادسن یک هیت سینک باله ای پیوندی برای کاربردهای مختلف بسیار مهم است. در کاربردهای هوافضا، جایی که از سینک های حرارتی در محیط های کم فشار در ارتفاعات بالا یا در فضا استفاده می شود، عدد نادسن می تواند نسبتاً زیاد باشد. درک عدد نادسن به طراحی هیت سینک هایی کمک می کند که بتوانند به طور موثر گرما را در این رژیم های جریان غیرپیوسته انتقال دهند.

در میکروالکترونیک، با کوچکتر شدن و فشرده شدن قطعات الکترونیکی، طول مشخصه هیت سینک کاهش می یابد. این می تواند منجر به افزایش عدد Knudsen شود، به خصوص در برنامه هایی که جریان هوا محدود است. با در نظر گرفتن عدد نادسن، می‌توانیم هیت سینک‌های باله‌ای باندی طراحی کنیم که می‌توانند نیازهای اتلاف حرارت این دستگاه‌های الکترونیکی کوچک را برآورده کنند.

نتیجه گیری

در نتیجه، عدد نادسن یک پارامتر مهم برای درک جریان و ویژگی‌های انتقال حرارت سینک‌های حرارتی باله‌ای پیوندی است. این به ما کمک می کند رژیم جریان را تعیین کنیم، که به نوبه خود بر عملکرد انتقال حرارت تأثیر می گذارد. شرکت ما به‌عنوان تامین‌کننده هیت سینک‌های باله‌ای پیوندی، عدد نادسن را در طول فرآیند طراحی و ساخت در نظر می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که محصولات ما می‌توانند در طیف وسیعی از شرایط عملیاتی عملکرد بهینه داشته باشند.

اگر به هیت سینک های باله ای متصل ما علاقه مند هستید یا در مورد شماره Knudsen و پیامدهای آن برای برنامه خاص خود سؤالی دارید، لطفاً برای بحث دقیق و شروع فرآیند خرید با ما تماس بگیرید. ما متعهد به ارائه راه حل های هیت سینک با کیفیت بالا متناسب با نیازهای شما هستیم.

مراجع

1. Bird, RB, Stewart, WE, & Lightfoot, EN (2007). پدیده های حمل و نقل (ویرایش دوم). وایلی.
2. کاویانی، م. (1994). اصول انتقال حرارت همرفتی اسپرینگر.
3. Incropera، FP، و DeWitt، DP (2002). مبانی انتقال حرارت و جرم (ویرایش پنجم). وایلی.