Cos'è la galleggiabilità?
Sei già ben consapevole ed esperto degli effetti della galleggiabilità. La galleggiabilità è ciò che consente alle barche di galleggiare e alle mongolfiere di volare. È la ragione per cui l'acqua nell'oceano è separata dall'aria nel cielo. Ciò è dovuto alla variazione delle densità di questi diversi fluidi.
Ci piace spostarlo, spostarlo
La galleggiabilità è la pressione generata dall'energia cinetica di tutte le molecole fluide che si muovono e si scontrano tra loro e con qualsiasi altro oggetto nelle vicinanze. Mentre questa energia cinetica spinge in tutte le direzioni, la sua più grande forza opposta è la gravità.
La scienza pesante dietro la forza del galleggiamento
La quantità di galleggiabilità dipende dalla densità del fluido. I fluidi più densi o più freddi hanno meno energia cinetica rispetto ai fluidi più eccitati, quindi esercitano meno pressione contro altre molecole circostanti. Poiché c'è meno pressione generata da questo fluido, la forza di gravità ha più effetto su questo fluido rispetto ai fluidi più caldi. Questo è il motivo per cui l'aria fredda cade e l'aria calda sale.
Perché la galleggiabilità è importante nella gestione termica?
Convezione naturale
La galleggiabilità è ciò che guida la convezione naturale, dove il differenziale di pressione tra l'aria riscaldata da fonti di calore e l'aria ambiente circostante spinge l'aria calda verso l'alto e lontano dalla fonte di calore. L'aria sale con l'energia che ha assorbito e quindi rimuove quell'energia dall'area intorno alle fonti di calore. L'aria ambiente più fredda si muove quindi e sostituisce l'aria riscaldata che si muoveva verso l'alto. Questa risalita e sostituzione dell'aria calda e fredda genera un flusso costante senza la necessità di alcun meccanismo attivo per guidarla.
Benefici della convezione naturale
Uno dei punti chiave della convezione naturale è consentire il trasferimento di calore senza i costi aggiuntivi e i tempi di assemblaggio associati all'aggiunta di una ventola nel prodotto. Le ventole o le soffianti possono ridurre l'affidabilità complessiva del dispositivo poiché sono azionate da motori che si usurano e possono rompersi con l'uso prolungato del prodotto.
Uno dei punti chiave della convezione naturale è consentire il trasferimento di calore senza i costi aggiuntivi e i tempi di assemblaggio associati all'aggiunta di una ventola nel prodotto. Le ventole o le soffianti possono ridurre l'affidabilità complessiva del dispositivo poiché sono azionate da motori che si usurano e possono rompersi con l'uso prolungato del prodotto.
Come far funzionare la galleggiabilità e la convezione naturale per te
Poiché la galleggiabilità consente ai fluidi di salire contro la gravità, le superfici che dissipano il calore dovrebbero essere orientate nella stessa direzione del vettore gravitazionale. In genere questa superficie è il dissipatore di calore. La dimensione più lunga delle superfici del dissipatore di calore dovrebbe essere verticale, in modo che quando l'aria fredda entra in contatto con il fondo del dissipatore di calore viaggia verso l'alto e continua a essere riscaldata e aumenta il differenziale di pressione.
Convezione naturale ed effetto camino
Ottimizzando la quantità di aria che può essere aspirata negli spazi delle alette e la lunghezza del dissipatore di calore, è possibile utilizzare facilmente la convezione naturale per raffreddare i dispositivi collegati alla superficie del dissipatore di calore. In genere vedrai che i buoni dissipatori di calore a convezione naturale hanno uno spazio tra le alette di circa 0,25 "o 6,35 mm. Ciò consente uno spazio sufficiente tra le alette per ospitare gli strati limite che si formano su ciascuna delle superfici delle alette e consentire comunque il flusso verso l'alto di aria riscaldata.
Convezione naturale in Genie
Come ingegneri termici, siamo ottimisti sulla galleggiabilità e su come ci consente di utilizzare la convezione naturale come metodo efficace per il trasferimento di calore. In Boyd Genie, we enable you to simulate natural convection with your heat sink design. Prima di simulare, è possibile selezionare l'orientamento delle alette sul dissipatore di calore in relazione alla gravità.
Orientare un dissipatore di calore con la lunghezza del flusso delle alette nella stessa direzione del vettore di gravità è l'orientamento ideale.
Altrimenti, dovresti almeno puntare le punte delle pinne verso l'alto. Altri orientamenti del dissipatore di calore, come le punte delle pinne e la lunghezza del flusso che puntano lateralmente o addirittura verso il basso, inibiscono il flusso di convezione naturale generato dalla galleggiabilità. L'aria riscaldata tra queste alette tende a ristagnare poiché ha difficoltà a salire e allontanarsi poiché le alette o la base del dissipatore di calore sono di mezzo.
Per ricapitolare, le migliori pratiche per i dissipatori di calore a convezione naturale sono di puntare verticalmente la lunghezza del flusso delle alette e dare alle alette abbastanza spazio per aspirare efficacemente l'aria. Prova il tuo dissipatore di calore a convezione naturale in Genie!
Happy Designing
