열 관리에서 우리는 공랭식 장치를 자연 대류 또는 강제 대류를 사용하는 것으로 설명합니다. 팬과 송풍기는 강제 대류 공기 냉각 솔루션의 메커니즘이지만 자연 대류는 어떻습니까? 부력은 자연 대류의 원동력입니다.
부력이란 무엇입니까?
당신은 이미 부력의 영향에 대해 잘 알고 있고 경험이 있습니다. 부력은 보트가 뜨고 열기구가 날 수 있게 해주는 것입니다. 바다의 물이 하늘의 공기와 분리되어 있는 이유입니다. 이것은 이러한 서로 다른 유체의 밀도가 변하기 때문입니다.
우리는 그것을 움직이고 싶어합니다
부력은 주위를 움직이고 서로 충돌하는 모든 유체 분자의 운동 에너지에 의해 생성되는 압력입니다. 이 운동 에너지는 모든 방향으로 밀지만 가장 큰 반대력은 중력입니다.
부력의 힘 뒤에 숨겨진 무거운 과학
부력의 양은 유체의 밀도에 따라 다릅니다. 밀도가 높거나 차가운 유체는 여기된 유체보다 운동 에너지가 적기 때문에 주변의 다른 분자에 대해 더 적은 압력을 가합니다. 이 유체에 의해 생성되는 압력이 적기 때문에 중력은 따뜻한 유체보다 이 유체에 더 많은 영향을 미칩니다. 이것이 시원한 공기가 떨어지고 따뜻한 공기가 상승하는 이유입니다.
열 관리에서 부력이 중요한 이유는 무엇입니까?
자연 대류
부력은 자연 대류를 유도하는 것으로, 열원에 의해 가열된 공기와 주변 공기 사이의 압력 차가 뜨거운 공기를 열원에서 위쪽으로 밀어냅니다. 공기는 흡수한 에너지와 함께 상승하여 열원 주변 영역에서 해당 에너지를 제거합니다. 그런 다음 더 차가운 주변 공기가 유입되어 위로 이동한 가열된 공기를 대체합니다. 뜨겁고 차가운 공기의 이러한 상승 및 교체는 이를 구동하기 위한 활성 메커니즘 없이도 일관된 흐름을 생성합니다.
자연 대류의 이점
자연 대류의 핵심 포인트 중 하나는 제품에 팬을 추가하는 것과 관련된 추가 비용 및 조립 시간 없이 열 전달을 가능하게 하는 것입니다. 팬이나 송풍기는 마모되는 모터에 의해 구동되고 제품을 장기간 사용하면 파손될 수 있으므로 장치의 전반적인 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.
자연 대류의 핵심 포인트 중 하나는 제품에 팬을 추가하는 것과 관련된 추가 비용 및 조립 시간 없이 열 전달을 가능하게 하는 것입니다. 팬이나 송풍기는 마모되는 모터에 의해 구동되고 제품을 장기간 사용하면 파손될 수 있으므로 장치의 전반적인 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.
부력과 자연 대류를 작동시키는 방법
부력은 유체가 중력에 대항하여 상승할 수 있게 하기 때문에 열을 발산하는 표면은 중력 벡터와 같은 방향으로 배향되어야 합니다. 일반적으로 이 표면은 방열판입니다. 방열판 표면의 가장 긴 치수는 수직이어야 하므로 차가운 공기가 방열판 바닥에 닿으면 위쪽으로 이동하고 계속 가열되어 차압이 증가합니다.
자연 대류와 굴뚝 효과
핀 갭으로 끌어들일 수 있는 공기의 양과 방열판의 길이를 최적화하여 자연 대류를 사용하여 방열판 표면에 연결된 장치를 쉽게 냉각할 수 있습니다. 일반적으로 좋은 자연 대류 방열판의 핀 간격은 약 0.25" 또는 6.35mm입니다. 이것은 각 핀 표면에 형성되는 경계층을 수용하고 가열된 공기의 상향 흐름을 허용하기 위해 핀 사이에 충분한 공간을 허용합니다.
Genie의 자연 대류
As thermal engineers, we’re buoyant about buoyancy and how it allows us to use natural convection as an effective method for heat transfer. In Boyd Genie, we enable you to simulate natural convection with your heat sink design. Before you simulate, you can select the orientation of the fins on your heat sink in relation to gravity.
중력 벡터와 같은 방향으로 핀의 유동 길이를 갖는 방열판을 배향하는 것이 이상적인 방향이다.
그렇지 않으면 최소한 지느러미 끝을 위쪽으로 향하게 해야 합니다. 지느러미 끝과 옆으로 또는 아래쪽을 가리키는 흐름 길이와 같은 방열판의 다른 방향은 부력에 의해 생성되는 자연 대류 흐름을 억제합니다. 이 핀 사이의 가열된 공기는 방열판의 핀이나 베이스가 방해가 되기 때문에 위로 올라가는 데 어려움이 있기 때문에 정체되는 경향이 있습니다.
요약하자면, 자연 대류 방열판의 모범 사례는 핀의 흐름 길이를 수직으로 가리키고 핀에 공기를 효과적으로 끌어들일 수 있는 충분한 공간을 제공하는 것입니다. Genie에서 나만의 자연 대류 방열판을 사용해 보세요!
Happy Designing
