مشتت حراري

ينقل المشتت الحراري الطاقة الحرارية من الجهاز ذي درجة الحرارة الأعلى إلى وسط مائع ذي درجة حرارة أقل. كثيرًا ما يكون الوسط المائع هو الهواء، لكن يمكن له أيضًا أن يكون ماءً، أو وسيط تبريد، أو زيتًا. إذا كان الوسط المائع هو الماء، يدعى المشتت الحراري عادةً صفيحةً باردة. المشتت الحراري في الترموديناميك هو خزان حراري يمكنه امتصاص كمية غير محددة من الحرارة دون أن تتغير درجة حرارته تغيرًا ملحوظًا. على المشتتات الحرارية في الأجهزة الإلكترونية أن يكون لها درجات حرارة أعلى من المحيط لتتمكن من نقل الحرارة بالحمل والإشعاع والتوصيل. مغذيات القدرة في الأجهزة الإلكترونية ليست فعالةً 100%، لذا تنتج حرارة فائضة يمكن أن تكون ضارة لعمل الجهاز. لذلك، يتضمن التصميم مشتتًا حراريًّا لتصريف الحرارة.[2][3]

لفهم مبدأ المشتت الحراري، نأخذ قانون فورييه للتوصيل الحراري. يظهر قانون فورييه للتوصيل الحراري بصيغته المبسطة لبعد وحيد بالاتجاه س أنه عندما يكون هناك تدرج حراري في جسم، تنتقل الحرارة من المنطقة ذات درجة الحرارة الأعلى إلى المنطقة ذات درجة الحرارة الأخفض. معدل انتقال الحرارة بالتوصيل، ${\displaystyle q_{k}}$، يتناسب طرديًا مع جداء تدرج درجة الحرارة بمساحة المقطع العرضي الذي تنتقل عبره الحرارة.

${\displaystyle q_{k}=-kA{\frac {dT}{dx}}}$

ليكن هنالك مشتت حراري في مجرى هواء. تكون فرضًا قاعدة المشتت الحراري ذات درجة حرارة أعلى من الهواء. بتطبيق قانون انحفاظ الطاقة، لشروط الحالة المستقرة، وتطبيق قانون نيوتن في التبريد على عقد درجة الحرارة الظاهرة في الشكل تنتج مجموعة العلاقات التالية:

${\displaystyle {\dot {Q}}={\dot {m}}c_{p,in}(T_{air,out}-T_{air,in})}$

${\displaystyle {\dot {Q}}={\frac {T_{hs}-T_{air,av}}{R_{hs}}}}$

حيث

${\displaystyle T_{air,av}={\frac {T_{air,in}+T_{air,out}}{2}}}$

استخدام درجة حرارة الهواء الوسطية افتراض صحيح لأجل مشتتات حرارية قصيرة نسبيًّا. عند حساب المبادلات الحرارية المدمجة، تستخدم درجة الحرارة اللوغاريتمية الوسطية. ${\displaystyle {\dot {m}}}$ هو معدل تدفق الهواء بواحدة كغ/ث.

يظهر من العلاقات السابقة:

• عندما يتناقص تدفق الهواء عبر المشتت الحراري، تنتج عن ذلك زيادة في درجة حرارة الهواء الوسطية. يزيد هذا بدوره درجة حرارة قاعدة المشتت الحراري. بالإضافة إلى ذلك: تزداد المقاومة الحرارية للمشتت الحراري أيضًا. النتيجة الصافية ارتفاع درجة حرارة قاعدة المشتت الحراري.
• تتعلق درجة حرارة هواء الدخول بشدة بدرجة حرارة قاعدة المشتت الحراري. على سبيل المثال، إذا كانت هنالك إعادة تدوير للهواء في منتج ما، فإن درجة حرارة هواء الدخول ليست نفسها درجة حرارة الهواء المحيط. درجة حرارة هواء الدخول إلى المشتت الحراري أعلى لذلك السبب، ما ينتج أيضًا ارتفاع درجة حرارة قاعدة المشتت الحراري.
• إذا لم يكن هناك جريان هواء حول المصرف الحراري، لا يمكن نقل الطاقة.
• ليس المشتت الحراري جهازًا ذا «قدرة سحرية على امتصاص الحرارة كإسفنجة وإرسالها إلى كون موازٍ».[4]
• يتطلب الحمل الطبيعي جريانًا حرًّا للهواء على المشتت الحراري. إذا لم تصطف ريش التبريد بشكل عمودي، أو إذا كانت الريش متلاصقة بشكل يمنع مرور الهواء بينها، تنخفض فعالية المشتت الحراري.

يوجد في الوقت الحالي نوعان من المشتتات الحرارية وهي:

• المشتت الهوائي : وهو من معدن موصل للحرارة مع مروحة للتبريد.
• المشتت المائي : وهو يستخدم الماء بدل المعدن في نقل الحرارة ثم تبريد الماء باستخدام اللوح المشع بواسطة مروحة لتبريد الماء.

• بوابة كهرباء
• بوابة إلكترونيات