냉각 성공을 위한 핀

공정에서의 총열전달을 설명하는 기본 방정식은 다음과 같습니다.

Q = U × A x LMTD (1)

• Q = 전송된 열량, BTU/hr(W)
• U = 전체 열 전달 계수, BTU/hr-ft2-ºF(W/m2-ºC)
• A = 열 전달 영역, ft2 (m2)
• LMTD = 로그 열교환기의 두 들어오는 유체 와 콜드 플레이트의 경우 아래에 흐르는 유체 사이의 평균 온도 차이, 균등하게 분산 된 열 부하, ºF (ºC)를 가정

U, A 또는 LMTD를 늘리면 열전달이 더 증가합니다.

대부분의 열 교환기 및 냉각판 응용 분야의 경우, 총괄 열전달 계수는 주로 전도 및 대류 항의 조합으로 구성되며, 여기서 전도 항은 대류 항보다 훨씬 작은 경향이 있다는 점에 주목해야 합니다. 부품 설계자는 일반적으로 전도성에 영향을 미치는 재료 및 사용되는 냉각수를 거의 제어하지 못하기 때문입니다. 대신 부품 설계자는 대류에 영향을 주는 핀 형상과 핀 밀도를 상당히 제어할 수 있습니다.

성능을 최적화하고 열 저항을 최소화하는 작업은 이론적인 예를 통해 가장 잘 설명할 수 있습니다. 50/50 에틸렌 글리콜과 물(EGW)이 평판 핀 열 교환기에서 대기에 의해 냉각되는 열전달 과정을 생각해보시기 바랍니다. 그림 2는 전기적 비유를 사용하여 열 교환기를 통과하는 열흐름 경로를 보여줍니다.

이 예에서는 열이 온도 TH와 T1 사이의 대류에 의해 흐른 다음 온도 T1과 T2 사이의 전도에 의해, 그리고 마지막으로 T2과 TC 사이의 대류에 의해 흐릅니다. 그런 다음 총 열 저항은 계열의 세 개의 열 저항의 합과 같습니다.

이에 비해 냉각판에는 일반적으로 하나의 냉각수만 흐릅니다. 결과적으로 열은 냉각판에 장착된 방열 전자 장치로부터 방열 계면 물질(TIM)과 냉각판 재료를 통해 전도에 의해 흐릅니다. 그 다음 열은 유체 경로 재료의 내부 표면에서부터 냉각수로 대류에 의해 흐릅니다.

위의 예에서 볼 수 있듯이 열전달을 극대화하려면 열저항을 최소화해야 합니다. 이를 위해서는 해당 열전달 영역, 필름 계수, 또는 둘 다를 늘려야 합니다. 열전달 영역을 늘리는 것은 개념상 비교적 쉽지만, 때로는 무게, 크기, 압력 강하 등, 작업 요건에 따른 제약을 받습니다. 열전달 영역을 늘리는 효과적인 방법은 핀 밀도(단위 길이당 핀)를 늘리는 것입니다. 그러나 필름 계수는 고려되는 유체의 특성, 유체 속도, 핀 형상에 의존하기 때문에 필름 계수를 늘리는 것은 더 복잡합니다.