Ideen für das Design von Kühlkörpern

Wenn ein Kühlkörper an einem elektronischen Bauteil befestigt ist, gehören die Wärmeübertragung vom Inneren des Geräts zum Heizkörper und die Wärmeübertragung im Inneren des Heizkörpers zur Wärmeleitung. Die Wärmeleitung bei der klassischen Wärmeübertragung kann durch die Fourier-Wärmeleitungsformel beschrieben werden:

Nachdem die Wärme der Komponenten durch Wärmeleitung auf den Kühler übertragen wurde, ist es notwendig, den Wärmestrahler durch Konvektion und Strahlungswärmeaustausch an die Umgebung zu übertragen, um die Wärmeableitung abzuschließen. Die Methode des Wärmeaustauschs zwischen den Kühlerlamellen und der Umgebungsluft ist der konvektive Wärmeaustausch. Schauen wir uns zunächst das Newtonsche Gesetz der Kühlung an, das zur Beschreibung der konvektiven Wärmeübertragung verwendet wird:

Es liegt auf der Hand, dass durch die Vergrößerung der konvektiven Wärmeübertragungsfläche die Wärmeübertragung direkt verbessert werden kann. Eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche bedeutet jedoch in der Regel, dass der Heizkörper größer sein muss, was wiederum dazu führt, dass die Gesamtgröße des Produkts größer wird. Das entspricht nicht dem Trend zu immer kompakteren elektronischen Produkten. Darüber hinaus bedeutet die Erhöhung des Heizkörpers in den meisten Fällen auch eine Erhöhung der Kosten für die Wärmeableitung. Wenn der Platz gegeben ist, muss bei der Vergrößerung der Wärmeableitungsfläche auch der Windwiderstand des Systems berücksichtigt werden, da der feine Heizkörper die Wärmeableitungsfläche vergrößert und gleichzeitig den Windwiderstand erhöht, was sich auf die interne Luftströmung auswirkt und dadurch den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten verringert. Ein herkömmliches Phänomen reicht aus, um den Zusammenhang zwischen Lamellendichte und Windwiderstand zu erklären: Die Lamellendichte von luftgekühlten Produkten ist in der Regel höher als die von Produkten mit natürlicher Wärmeableitung.