Malzeme, soğutma sıvısı, termal direnç ve akış dağılımı gibi parametrelerin belirlenmesinden sonra, bir sistemin tasarımı yapılır. AI sıvı soğutmalı plaka tamamlanmaktan uzaktır. Soğuk plakanın pratik sistemlerde istikrarlı, verimli ve uzun vadeli çalışmasını sağlamak için, aşağıdaki üç temel teknik sorunu çözmeye odaklanmak gerekir:
1) Akış direnci optimizasyonu: Soğutma sıvısının, ısı dağılımı gereksinimlerini karşılamak ve yetersiz sistem akışını önlemek için soğuk plakadan yeterli akış hızında akabildiğinden emin olun.
2) Basınca dayanıklı tasarım: Soğuk plakanın çalışma basıncı altında deforme olmasını önler, bunun sonucunda sızdırmazlık arızası (sızıntı) ve ısıtma çipiyle zayıf yapışma (artan termal direnç) gibi ciddi sorunlara yol açar.
3) Uzun vadeli işletme güvenilirliği: Soğuk plakanın servis ömrü boyunca istikrarlı ve bozulmayan performansının sağlanması, esas olarak kanatçık tıkanıklığı, korozyon ve kireçlenmenin önlenmesidir.
Bu makale bu üç konuya odaklanacak, tasarım optimizasyon fikirleri ve pratik öneriler sunacaktır.
Soğuk Plaka Akış Direncinin Optimizasyonu
Amaç: Akış direncini azaltmak ve sistem akışının soğutma gereksinimlerini karşılamasını sağlamak.
Zorluk: GPU/ASIC çiplerinin gücü 1000W'ı aştıkça ve güç yoğunluğu arttıkça (~150W/cm²), daha ince kanatçıkların (boşluk ≤ 0.15 mm) kullanılması gerekir ve bu da soğuk plaka akış direncinde önemli bir artışa neden olur.
1.1 Geleneksel çözümler ve sınırlamalar:
Geleneksel tasarım: Yüzgecin bir tarafına sıvı, diğer tarafına sıvı girer.
Uygulanabilir koşullar: Kanatçık aralığı ≥ 0.2 mm olduğunda, akış direnci nispeten düşüktür (genellikle <10 kPa), bu kabul edilebilirdir.
Sorun: Kanatçık aralığı ≤ 0.15 mm olduğunda bu şemanın akış direnci çok yüksektir.
1.2 Optimizasyon Planı: Üstten Giriş, İki Taraftan Çıkış Prensibi: Soğuk plaka kanatçıkları arasındaki akış genellikle laminerdir ve akış direnci △ P, akış hızı V ve kanatçık uzunluğu L ile yaklaşık olarak orantılıdır, △ P ∝ K * V * L
Planın detayları:
Girişi doğrudan kanatçık alanının üzerine getirin.
Sıvı çıkışlarını yüzgeç alanının her iki tarafına yerleştirin.
Optimizasyon etkisi:
Akış yolu L'nin uzunluğu yarıya iner (tek bir uçtan merkezi bir akış yönüne geçmeye eşdeğerdir).
Aynı toplam akış hızında, kanatçıklardan geçen akış hızı V yarıya iner.
Bu nedenle, kanatçık alanındaki akış direnci △ P, tek taraflı giriş-çıkış şemasının yaklaşık 1/4'üne düşürülür.
Avantajları: Yüksek güç yoğunluklu ve küçük kanatçık aralıklı soğuk plakaların akış direncini önemli ölçüde azaltarak sistem akışını garanti altına alır.
Dolayısıyla, Kenfa Tech mühendislerimiz tarafından tasarlanan 1 girişli 2 çıkışlı akış kanalı, yapay zeka sıvı soğutma plakalarındaki aşırı akış direnci sorununu çözebilir.
Soğuk plaka basınç direncinin iyileştirilmesi
Soğuk plaka alt tabakasının aşırı ince (1-2mm) olması durumunda, basınç altında soğuk plakanın deformasyonunu önlemek, güvenilir sızdırmazlık ve çip ile iyi temas sağlamak.
Geleneksel yapısal sorun: Tipik bakır kürek dişli soğuk plaka: Kanatların üst kısmı kapak plakasına kaynaklanmamıştır.
Mekanik model: uzunluk (a) x genişlik (b) boyutlarında, kenarları sınırlandırılmış ve eşit dağıtılmış basınca (P) maruz kalmış düz bir plakaya eşdeğerdir.
Basınç dayanımı teorisi (klasik kabuk teorisi):
Maksimum izin verilen basınç formülü: P=β * σ * (t/b) ²
P: Basınç (MPa)
σ: Malzemenin izin verilen gerilimi (MPa)
t: Kapak plakası kalınlığı (mm)
b: Donatı yönüne dik plaka genişliği (mm) – kritik boyut
β: Şekil faktörü (a:b en boy oranına bağlı olarak)
Gerekli örtü kalınlığı formülü: t=b * √ (β * P/σ)
Şekil faktörü β (en boy oranı a:b'nin etkisi):
1:1,β=0.307
2:1,β=0.497
3:1,β=0.616
4:1,β=0.697
6:1,β=0.750
Bu nedenle, soğuk plaka kanatçık alanının boyutunu (axb) belirlerken, genişlik b'yi azaltmak, maksimum basınç direnci P'yi önemli ölçüde iyileştirebilir. Orta takviye kaburgaları ekleme: kanatçık alanının ortasına destek yapıları ekleme. Soğuk plaka alt tabakasını, takviye kaburgalarını ve kapak plakasını bir bütün olarak sert bir yapı halinde kaynaklayın. (Kanatlar ve kapak plakası arasında 0.05 ~ 0.1 mm boşluk bırakın). Etki: Basınç direncini hesaplanırken kritik boyut b'yi (takviye kaburgaları arasındaki boşluk haline gelir) etkili bir şekilde azaltır ve basınç direnci kabiliyetini büyük ölçüde iyileştirir. Aynı zamanda, Üst Kanatçık Kaynağı: Kanatçıkların üst kısmını bir bütün olarak kapak plakasına kaynaklayın. Etki: Destek noktaları olarak yoğun mikro kanallı kanatçıkların kullanılması, yapısal sertliği ve deformasyon direncini büyük ölçüde artırır. İşçilik mükemmel olduğunda, takviye kaburgalarının kullanımı değiştirilebilir veya azaltılabilir. Basınç direnci kabiliyetini önemli ölçüde iyileştirir.
Soğuk plaka işleminin uzun vadeli güvenilirliği
Performans düşüşünü önleyin (ısıl dirençte artış, akış hızında azalma, sızıntı) ve uzun vadeli istikrarlı bir çalışma sağlayın. Küçük kanatçık aralıklarında akışı ve ısı transferini engelleyen metal artıkları, montaj yabancı cisimleri, korozyon ürünleri ve kireç/biyofilm birikintileri. Bakır saf suda yavaş ve düzgün bir şekilde incelmeye uğrar. Yerel korozyon: Erozyon korozyonu (1.5 m/s'yi aşan akış hızlarında önemli ölçüde hızlanır), mikrobiyal korozyon dahil olmak üzere daha zararlıdır
Asit korozyonu. Sonuçlar: yüzgeçlerin incelmesine, mukavemetin azalmasına, conta arızasına (sızıntı) ve performans bozulmasına yol açar. Aynı zamanda, kalsiyum karbonat (CaCO3), magnezyum karbonat (MgCO3) ve biyolojik kirlenme gibi inorganik ölçeklerin yüzgeçlerin yüzeyine birikmesiyle kireçlenmeye de eğilimlidir. Isı transfer direncini önemli ölçüde artırır ve ısı dağılımı performansını azaltır.
Kenfa Tech'te, genellikle müşterilere metal artıkları ve kaynak cürufu gibi büyük parçacıkları filtrelemek için ≤ 50 μ m (300 mesh) aşırı hassasiyete sahip sistem yapılandırmasını garanti eden tasarım çözümleri ve önerileri sunuyoruz
Tüm bileşenler fabrikadan çıkmadan önce büyük parçacık kalıntıları olmadığından emin olmak için temizlenir ve tüm boru hattı arayüzleri sızdırmazlık için uç kapaklarıyla donatılmıştır. Aynı zamanda su kalitesi kontrol edilir ve pH<9 değerleri iyi kontrol edilmeli ve izlenmelidir. Korozyon inhibitörleri <10ppm, fungisitler <12ppm, sülfitler <15ppm, sülfatlar <100ppm, klorürler <50ppm ve iletkenlik <0.2-20us/cm soğutma sıvısına orantıya göre eklenir.
Sonuç:
AI sıvı soğutma plakalarının güvenilirlik tasarımı, yüksek performanslı ısı dağıtım sistemlerinin başarısında önemli bir bağlantıdır ve performans hesaplamalarının basit bir uzantısı değildir. Bu makale üç temel boyutu ele almaktadır:
1) Akış direnci optimizasyonu: Yüksek güç yoğunluğu altında daralan kanat aralıklarının neden olduğu artan akış direnci sorununa yanıt olarak, "üst giriş ve iki yan çıkış" optimizasyon şeması önerildi ve gösterildi. Bu şema, etkili akış yolu uzunluğunu ve akış hızını yarıya indirerek mikro kanal alanındaki basınç düşüşünü geleneksel tek taraflı giriş ve çıkış şemasının yaklaşık 1/4'üne önemli ölçüde azaltabilir
2) Basınç dayanıklılığının artırılması: Klasik kabuk teorisine dayanarak, kapak kalınlığının (t), kritik genişliğin (b), izin verilen malzeme geriliminin (σ) ve en boy oranının (β) soğuk plakanın maksimum basınç direnci (P) üzerindeki belirleyici etkileri açıklığa kavuşturulmuştur. İki etkili mühendislik çözümü önerilmiştir: ara takviye kaburgaları eklemek ve diş üstü kaynak teknolojisini kullanmak. İlki, kritik boyut b'yi azaltarak basınç direncini artırırken, ikincisi, sertliği ve basınç direncini iyileştirmek için tercih edilen çözüm olan entegre bir destek yapısı oluşturmak için yüzgeçlerin kendisini ve kapak plakasını kullanır
3) Uzun vadeli işletme güvenilirliği: Uzun vadeli güvenilirliği tehdit eden üç büyük riski sistematik olarak tanımladı: tıkanma, korozyon ve kireçlenme. Bu riskleri kontrol etmek için, soğuk plakanın içindeki dolaşan soğutma sıvısı (TCS) için, birincil su (FWS) standartlarından çok daha yüksek standartlarla sıkı su kalitesi kontrolü uygulanmalıdır. ASHRAE yönergelerine göre, temel su kalitesi parametreleri (pH, korozyon inhibitörleri, mantar öldürücüler, iyon konsantrasyonu, askıda katılar, mikroorganizmalar, vb.) için teknik gereklilikler ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Yalnızca bu üç boyutta dikkatli tasarım ve sıkı kontrol sayesinde soğuk plaka, yüksek yük ve uzun süreli çalışma sırasında mükemmel ısı dağılımı performansını, yapısal bütünlüğünü ve sistem kararlılığını koruyabilir ve yüksek güçlü elektronik cihazlar için güvenilir soğutma garantisi sağlayabilir.
