الیکٹرانکس کولنگ کے لیے بہترین کمپیکٹ ہیٹ ایکسچینجرز کا انتخاب کیسے کریں۔

 

الیکٹرانک مصنوعات میں ہائی پاور کثافت والے اجزاء کا استعمال تیزی سے بڑھ رہا ہے، جس سے مائع کولنگ ہائی ہیٹ فلوکس ایپلی کیشنز کے لیے ایک قابل عمل حل ہے، جو اس وقت ایک بڑا رجحان ہے۔ دیگر عوامل کے علاوہ، ایک موثر مائع کولنگ سسٹم اپنے ہیٹ ایکسچینجر کی حرارت کی کھپت کی صلاحیت پر انحصار کرتا ہے۔ یہ ہیٹ ایکسچینجر درخواست کے منظر نامے کے لحاظ سے قسم، سائز اور ترتیب میں مختلف ہوتے ہیں۔

 

 

I بنیادی تعمیر

 

شکل 1 ایک عام پانی سے ہوا، مائع ٹھنڈا، بند لوپ سسٹم دکھاتا ہے۔ کولنٹ کو IC اجزاء کے ساتھ رابطے میں ایک کولڈ پلیٹ کے ذریعے پمپ کیا جاتا ہے۔ اجزاء سے جذب ہونے والی حرارت ہیٹ ایکسچینجر کے ذریعے ہوا میں پھیل جاتی ہے، اور ٹھنڈا مائع لوپ کے ذریعے جاری رہتا ہے، سائیکل کو دہراتا ہے۔

 

▲ شکل 1. الیکٹرانک آلات کے لیے واٹر اینڈ ایئر ہائبرڈ کولنگ لوپ

 

پانی سے ہوا میں منتقل ہونے والی حرارت کا حساب لگانے کا فارمولا درج ذیل ہے:

 

کہاں:

• Tw2: ہیٹ ایکسچینجر میں داخل ہونے والے سیال کا درجہ حرارت؛
• Ta: ہیٹ ایکسچینجر کے ارد گرد ہوا کا درجہ حرارت؛
• Cmin: ہوا (Ca) یا پانی (Cw) کی حرارت کی صلاحیت کی شرح سے چھوٹی، جو مسلسل دباؤ پر بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح اور مخصوص حرارت کی پیداوار ہے۔
• ε: ہیٹ ایکسچینجر کی تاثیر، جس کی تعریف ہیٹ ایکسچینجر میں اصل حرارت کی منتقلی کے تناسب کے طور پر زیادہ سے زیادہ ممکنہ حرارت کی منتقلی تھرموڈینامیکل طور پر کی جاتی ہے۔

 

کولڈ پلیٹ کے ساتھ رابطے میں آئی سی اجزاء کی سطح کا درجہ حرارت فارمولہ 2 کا استعمال کرتے ہوئے شمار کیا جاتا ہے۔

 

 

کہاں:

• Tw1 کولڈ پلیٹ کے داخلے پر پانی کا درجہ حرارت ہے۔
• Rcp IC اجزاء سے کولڈ پلیٹ انلیٹ تک تھرمل مزاحمت ہے، بشمول اجزاء اور کولڈ پلیٹ کے درمیان انٹرفیس مزاحمت۔

 

اجزاء سے گرمی کی وجہ سے پانی میں درجہ حرارت میں اضافے کا اندازہ درج ذیل فارمولے سے لگایا جا سکتا ہے۔

 

 

کہاں:Cw مائع کی حرارت کی صلاحیت کی شرح ہے، جو بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح اور مائع کی مخصوص حرارت کی پیداوار ہے۔

فارمولے 1-3 کو یکجا کرکے، ہم فارمولہ 4 اخذ کرتے ہیں:

 

 

یہ IC اجزاء کی سطح کے درجہ حرارت کو کولڈ پلیٹ اور ہیٹ ایکسچینجر کی کارکردگی سے جوڑتا ہے۔

مندرجہ بالا مساوات میں، اگر ہیٹ ایکسچینجر میں سیال کی مختلف اقسام کا استعمال کیا جاتا ہے، تو سب اسکرپٹس "w" اور "a" کو بالترتیب سرد اور گرم سیالوں کی خصوصیات کی نمائندگی کرنے کے لیے عام سبسکرپٹ "c" اور "h" میں تبدیل کیا جانا چاہیے۔ .

 

ہیٹ ایکسچینجر سطح کا علاقہ

 

ہیٹ ایکسچینجر کی سطح کا رقبہ بہت بڑا ہونا چاہیے، خاص طور پر ہوا کے سامنے والے طرف۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ایئر کولنگ میں حرارت کی منتقلی کا گتانک مائع کولنگ کے مقابلے میں بہت کم ہے۔ ہوا کی طرف سطح کے رقبے میں اضافہ حرارتی مزاحمت کو کم کرتا ہے، جس سے مائع اور ہوا کے درمیان زیادہ گرمی کی منتقلی ہوتی ہے۔

 

گرمی کو مؤثر طریقے سے ختم کرنے کے لیے بڑے سطحی علاقوں کی ضرورت کے باوجود، بہت سے پروجیکٹوں میں ہیٹ ایکسچینجر کی بڑی اکائیوں کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے کافی جگہ نہیں ہے، خاص طور پر پرزوں اور بورڈز کے لیے ڈیوائس کی سطح کی ایپلی کیشنز میں۔

 

دستیاب جگہ کے اندر مناسب ہیٹ ایکسچینجر کا انتخاب بہت ضروری ہے۔ مزید برآں، پیرامیٹرز جیسے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح، زیادہ مخصوص حرارت کے ساتھ مائعات کا استعمال، یا کولنگ پنکھے کی طاقت میں اضافہ کولنگ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔

 

 

II ہیٹ ایکسچینجر فن کی اقسام

 

ہیٹ ایکسچینجرز کے ایئر سائیڈ کو عام طور پر کمپیکٹ پنکھوں سے لگایا جاتا ہے تاکہ ہوا اور مائع کے درمیان گرمی کا تبادلہ بڑھایا جا سکے۔

پنکھوں کی قسم مخصوص درخواست کے منظر نامے کے لیے موزوں ہونی چاہیے۔ کتابکومپیکٹ ہیٹ ایکسچینجرزفن کی کئی اقسام کو متعارف کرایا گیا ہے، بشمول سیدھے پنکھوں، لوور کے پنکھوں، پٹی کے پنکھوں، لہراتی پنکھوں، اور پن کے پنکھوں، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔

 

▲ شکل 2۔ ہیٹ ایکسچینجر کے پنکھوں کی اقسام

 

مطالعات نے ایئر کولڈ ہیٹ ایکسچینجرز کا تجربہ کیا ہے۔فن ڈیزائن کو بہتر بنانے کے لیے ہدایات فراہم کیں۔گرمی کی منتقلی، پریشر ڈراپ، سائز، وزن اور لاگت کو ملا کر۔

 

کولبرن فیکٹر (JH) اور رگڑ عنصر (f) کو حرارت کی منتقلی کے انڈیکس اور پریشر ڈراپ انڈیکس کی وضاحت کے لیے استعمال کرنے کے ارتباط کو فارمولے 5 اور 6 میں دکھایا گیا ہے۔

 

 

 

 

کہاں:ρ اور v سیال کی کثافت اور کینیمیٹک viscosity ہیں۔

 

فارمولہ 5 میں Stanton نمبر (St) کو اس طرح دوبارہ لکھا جا سکتا ہے:

 

 

فارمولوں میں 5-7، Pr, t, v, NU، اور Re بالترتیب Prandtl نمبر، وال شیئر اسٹریس، سیال کی کائینیمیٹک viscosity، Nusselt نمبر، اور Reynolds نمبر کی نمائندگی کرتے ہیں۔

 

شکل 3 شکل 2 میں دکھائے گئے فن ڈھانچے کے لیے (JH/f) تناسب اور رینالڈس نمبر کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے۔

 

 

▲ شکل 3. فن کے ڈھانچے اور رینالڈس نمبر کے درمیان تعلق

 

شکل 3 سے یہ واضح طور پر دیکھا جا سکتا ہے کہ جب ہیٹ ایکسچینجر کا کلیدی ڈیزائن عنصر ہیٹ ٹرانسفر فی یونٹ پریشر ڈراپ ہوتا ہے، تو سیدھے پنکھ سب سے زیادہ کارآمد ہوتے ہیں، اس کے بعد لوور، ویوی، آفسیٹ سٹرپ، اور پن فن کے ڈھانچے ہوتے ہیں۔

 

مختلف ہوا کی رفتار کے حالات میں، سیدھے پنکھوں کی تھرمل مزاحمت سب سے کم تھی۔

 

شکل 4 میں، حرارت کی منتقلی فی یونٹ اونچائی اور رینالڈس نمبر کا تناسب بتاتا ہے کہ پن پن سب سے موزوں کنفیگریشن ہیں، اس کے بعد لوور، آفسیٹ پٹی، لہراتی اور سیدھے پنکھے۔

 

▲ شکل 4. مختلف ہیٹ ایکسچینجر کنفیگریشنز کے لیے فی یونٹ اونچائی ہیٹ ٹرانسفر

 

ایک اور اہم ڈیزائن عنصر وزن ہے. مثال کے طور پر، ایویونکس سسٹمز میں استعمال ہونے والے ہیٹ ایکسچینجرز کو بہتر بنانے میں اکثر لوور کے پنکھوں کو ترجیح دی جاتی ہے، اس کے بعد لہراتی، آفسیٹ پٹی، پن، اور سیدھے فن کے ڈیزائن ہوتے ہیں۔

 

 

III کومپیکٹ ہیٹ ایکسچینجر کولنٹ

 

سسٹم اور ایپلیکیشن پر منحصر ہے، چھوٹے ہیٹ ایکسچینجر مختلف قسم کے سیال استعمال کرتے ہیں۔ بعض سیالوں میں حرارت کی منتقلی زیادہ ہوتی ہے اور فی یونٹ حجم کے لحاظ سے زیادہ موثر تھرمل بازی ہوتی ہے۔

 

اس کی وضاحت کے لیے، ایک کھلے نظام میں اینتھالپی کی تبدیلی کی وجہ سے گرمی کی نقل و حمل پر غور کریں، جیسا کہ فارمولہ 8 میں دکھایا گیا ہے۔

 

 

کہاں:

 

 

(ρ سیال کی کثافت ہے، V رفتار ہے، اور A کراس سیکشنل ایریا ہے)، Cp مستقل دباؤ پر مخصوص حرارت ہے۔

 

اگر رفتار اور کراس سیکشنل ایریا کو مستقل سمجھا جاتا ہے، تو Cp اور ρ مختلف سیالوں کا استعمال کرتے وقت حرارت کی منتقلی کا تعین کرتے ہیں۔

 

جدول 1 300K پر ایتھیلین گلائکول، پانی اور ہوا کے لیے Cp، ρ، μ، اور k کی قدریں دکھاتا ہے۔

 

▲ جدول 1۔ عام کولنٹس کی تھرموڈینامک خصوصیات

 

جدول 1 سے پتہ چلتا ہے کہ زیادہ کثافت اور حرارت کی گنجائش والے سیال زیادہ گرمی کو دور کر سکتے ہیں۔ اس طرح کے سیالوں کا استعمال ہائی ہیٹ فلوکس ایپلی کیشنز میں گرمی کی منتقلی کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔

 

تاہم، حرارت کی منتقلی کی بہتر صلاحیتوں کے ساتھ مائعات کا استعمال کرنے کے لیے نظام کے ذریعے سیال کو چلانے کے لیے زیادہ پمپ پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔

 

کولنٹ کی گردش کے لیے درکار طاقت کو کم کرنے کے لیے، ہیٹ ایکسچینجر ابلتے ہوئے ہیٹ ٹرانسفر کا استعمال کرتا ہے۔

 

کچھ نظاموں میں، کولنٹ گرمی کے منبع سے گرمی جذب کرتا ہے اور بخارات بن جاتا ہے۔

 

سسٹم کی پیچیدگی کی بنیاد پر، گرم کولنٹ کو کنڈینسر سیکشن کے ذریعے پمپ کیا جاتا ہے، جہاں کولنٹ ٹھنڈا ہوتا ہے اور مائع مرحلے میں واپس آجاتا ہے۔

 

چونکہ کولنٹ مرحلے کو مائع سے گیس میں تبدیل کرتا ہے اور کثافت میں کم ہو جاتا ہے، اس لیے کولنٹ کی گردش کے لیے ضروری پمپنگ پاور بہت کم ہو جاتی ہے۔

 

جیسے جیسے انٹیگریٹڈ سرکٹس تیزی سے آگے بڑھ رہے ہیں، زیادہ طاقت کی کثافت والے اجزاء کے ساتھ، کمپیکٹ ہیٹ ایکسچینجرز الیکٹرانک کولنگ سلوشنز میں ضروری ہوتے جا رہے ہیں۔

 

ان آلات کو مکمل طور پر استعمال کرنے کے لیے، ان کے تصورات، فوائد اور حدود کو سمجھنا ضروری ہے۔ ہیٹ ایکسچینجر سسٹم کو صحیح طریقے سے استعمال کرنے کے لیے، ڈیزائن کے عوامل جیسے پریشر گرنا، حرارت کی منتقلی، سائز، وزن، اور لاگت کو ترجیح دی جانی چاہیے۔