مباحث انتقال حرارت در خنک سازی

[ravegoat]

در این پست می خواهیم با یه قانون هیجان انگیز به نام موازنه ی انرژی آشنا بشیم و به کمک اون خیلی ساده و اصولی کولینگ کیس رو انتخاب کنیم. ولی قبلش باید مفهوم حجم کنترل رو یاد بگیریم.

حجم کنترل
یه حجم فرضی در فضا است که سیستم مورد نظر ما رو احاطه می کنه و ما فقط با پدیده ها و اجرام داخل این حجم فرضی رو بررسی می کنم و کاری به خارج اون نداریم. در اینجا ما کل حجم کیس رایانه رو حجم کنترل در نظر می گیریم (خط چین قرمز در تصویر زیر) و اصلا" برامون مهم نیست که خارج کیس چه اتفاقاتی می افته.

موازنه ی انرژی برای حجم کنترل
موازنه ی انرژی میگه اگه ما یه حجم کنترل داشته باشیم (که قرار شد کیس رایانه باشه)، مجموع گرمایی که وارد حجم کنترل میشه و گرمایی که داخل حجم کنترل تولید میشه برابره با مجموع گرمایی که از حجم کنترل خارج میشه و گرمایی که در حجم کنترل ذخیره میشه.

cv.jpg
معمولا" گرمایی وارد کیس نمیشه مگر اینکه کیس در معرض تابش خورشید باشه. تمام قطعات الکترونیکی که مقاومت و جریان الکتریکی داشته باشن مثل CPU یا کارت های داخلی گرما تولید می کنن. طبق موازنه ی انرژی با فرض صفر بودن گرمای ورودی (E^._in = 0)، گرمایی که قطعات تولید می کنند (E^._gen) یا باید از طریق سیستم خنک سازی از کیس دفع بشه (E^._out) و یا این گرما باید در کیس ذخیره بشه (E^._s). اگر گرما داخل کیس ذخیره بشه دمای قطعات بالا و بالاتر میره و درنهایت قطعات آسیب می بینند. طبق موازنه ی انرژی اگه تمام گرمایی که قطعات تولید می کنند توسط سیستم کولینگ از کیس خارج بشه (E^._gen = E^._out) در اون صورت هیچ گرمایی در داخل کیس ذخیره نمیشه و دمای قطعات در حد معینی ثابت می مونه.
پس یه کولینگ مناسب کولینگی است که تمام گرمای تولید شده ی قطعات رو از کیس دفع کنه. در ادامه بیش تر روی خنک سازی با هوا تمرکز می کنیم چون سیستم های هواخنک در کیس ها متداول تره.

انتخاب فن مناسب
گفتیم کولینگ مناسب کولینگی است که تمام گرمای تولید شده ی قطعات رو از کیس دفع کنه پس اگه کولینگ ما با فن باشه میگیم فن های مناسب فن هایی هستند که تمام گرمای تولید شده ی قطعات رو از کیس دفع کنند.
هر چه قدر فن ها بتونن هوای بیش تری رو جا به جا کنن می تونن گرمای بیش تری رو هم منتقل کنن. مقدار حجم هوایی که در واحد زمان یه فن می تونه جا به جا کنه به دبی فن (Q) معروفه. دبی فن رو معمولا" با واحد CFM اندازه می گیرن یعنی مقدار فوت مکعب هوا که فن در یک دقیقه جا به جا می کنه. درنتیجه حیاتی ترین فاکتور انتخاب فن دبی اون ها محسوب میشه. حالا بیایید ببینیم حداقل مجموع دبی فن های کیس که هوا رو به خارج می وزند باید چقدر باشه:

Q=3.16xE^._gen/(T_max - T_محیط)

که در اون T_max حداکثر دمایی است که تمام قطعات قادر به تحملش هستن (اثبات این رابطه در اسلاید پیوست به پست اول موجوده).

اگه یه کیس با پاور 330 واتی داشته باشیم و فرض کنیم کل این توان الکتریکی به گرما تبدیل میشه، دمای هوا 25 درجه ی سانتی گراد و حداکثر دمای تحمل قطعات 60 درجه ی سانتی گراد باشه، طبق رابطه حداقل مجموع دبی فن هایی که گرما رو به بیرون کیس هدایت می کنند باید 30 CFM باشه. می بینیم هرچی دمای هوای محیط بالاتر بره مقدار دبی فن هم باید افزایش پیدا کنه. برای همینه که در تابستون فن ها با دور بیش تری می چرخن.

دو قانون که بهتره در مورد فن ها بدونیم
اگه دو فن از یه مدل داشته باشیم که اولی سرعت دورانش N₁ rpm و قطرش D₁ mm و دومی سرعت دورانش N₂ rpm و قطرش D₂ mm باشه در اون صورت نسبت دبی اولی به دومی (Q₁/Q₂) و نسبت توان مصرفی اولی به دومی (P₁/P₂) به شکل زیر به دست میاد.

Q₁/Q₂=(D₁/D₂)³(N₁/N₂)

P₁/P₂=(D₁/D₂)⁵(N₁/N₂)³

در نتیجه اگه دو تا فن داشته باشیم که مدل، شرکت سازنده و سرعت دورانی شون یکی باشه ولی یکی فن 80 میلی متری و اون یکی 120 میلی متری باشه، دبی فن بزرگ تر 3.4 برابر فن کوچک تر و توان مصرفی اون 7.6 برابر فن کوچک تره.

به امیدا خدا در آینده درباره ی نحوه ی چیدمان فن ها داخل کیس با هم صحبت می کنم...