Como componente clave del sistema de refrigeración líquida, el diseño del bloque de agua debe tener en cuenta múltiples factores, como el rendimiento del intercambio de calor, la resistencia estructural, la resistencia a la corrosión, la resistencia a las fugas y el control de costos. El bloque de agua generalmente se diseña con una estructura de ranura de intercambio de calor compleja (es decir, canal de flujo), y la calidad del diseño de su canal de flujo interno determina directamente la eficiencia del intercambio de calor de todo el sistema.

Diseño de bloques de agua, tecnología de procesamiento y desafíos

1-Requisitos de diseño para bloques de agua en diferentes escenarios

l Computación de alto rendimiento:

Los dispositivos informáticos de alto rendimiento (como las CPU, GPU, etc.) generan mucho calor durante su funcionamiento, por lo que el bloque de agua debe tener capacidades de disipación de calor eficientes. Para cumplir con los requisitos de disipación de calor de alta densidad de flujo de calor, el bloque de agua generalmente adopta un diseño de microcanal de alta densidad para aumentar el área de intercambio de calor y mejorar la eficiencia de disipación de calor. Además, algunos diseños integran el bloque de agua directamente en la CPU, eliminando el paso de aplicar grasa de silicona, lo que no solo simplifica el proceso de ensamblaje, sino que también mejora aún más el rendimiento de disipación de calor. En términos de confiabilidad, el bloque de agua debe tener un excelente rendimiento de sellado para evitar fugas y garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.

l Refrigeración de la tarjeta gráfica:

Las tarjetas gráficas son áreas que generan mucho calor, por lo que el bloque de agua debe tener un diseño de cobertura total para garantizar que todos los componentes que generan calor en la tarjeta gráfica se puedan enfriar de manera efectiva. Al mismo tiempo, la refrigeración de la tarjeta gráfica requiere un alto caudal de refrigerante, por lo que la estructura interna del bloque de agua debe soportar un alto caudal para eliminar rápidamente el calor.

l Centro de datos:

En los centros de datos, el diseño estructural del bloque de agua debe cumplir con múltiples requisitos, como disipación de calor eficiente, bajo nivel de ruido, alta confiabilidad, adaptabilidad a alta densidad de potencia, gestión inteligente y adaptabilidad ambiental para garantizar un funcionamiento estable y una disipación de calor eficiente de los centros de datos.

2- Tendencia evolutiva de la estructura de los bloques de agua

La tendencia evolutiva del diseño estructural de los bloques de agua refleja la doble búsqueda de la innovación tecnológica y la mejora del rendimiento, que se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

l Rendimiento de disipación de calor mejorado:

Aumente el área de contacto: algunos diseños de bloque de agua mejoran el rendimiento de disipación de calor al aumentar el área de contacto con el elemento calefactor. Por ejemplo, un diseño de base de cobre de área grande puede lograr un buen contacto y conducción de calor.

Optimice la estructura interna: optimice el canal de agua interno. Una idea es optimizar el flujo de fluido, como cambiar de aletas comunes a aletas de dirección, presentando un canal de flujo de tira larga, promoviendo la separación de la capa límite de flujo, reduciendo el espesor de la capa límite y mejorando la eficiencia de intercambio de calor; otra idea es aumentar el área de capacidad térmica, como cambiar de canales de agua gruesos tradicionales a diseño de microcanales, lo que aumenta significativamente el área de contacto entre el refrigerante y la placa base y mejora la eficiencia de disipación de calor. En algunos diseños, el refrigerante se rocía sobre la placa base de microcanales a través de una placa guía para aumentar la velocidad del flujo local y la turbulencia, mejorando en gran medida la eficiencia de absorción de calor.

l Diseño integrado e inteligente:

Diseño integrado: El diseño integrado integra la bomba de agua, las aletas del disipador de calor, la base de conducción de calor y otros componentes para reducir la cantidad de puntos de conexión y mejorar la estabilidad del sistema y la eficiencia de disipación de calor.

Integración multifuncional: Además del rendimiento de disipación de calor, los bloques de agua modernos también tienen funciones de visualización y monitoreo de temperatura.

Diseño modular: La estructura de hebilla modular mejora la comodidad y la libertad de organización.

Figura 1: Base del bloque de agua con diferentes espesores de aletas

l Materiales y acabados de alto rendimiento:

El uso de materiales de alto rendimiento como la base de cobre puro, combinado con tecnologías de tratamiento de superficies como el niquelado, mejora la conductividad térmica y la resistencia a la corrosión.

3-Tecnología de procesamiento y desafíos

l Las propiedades del material afectan el procesamiento:

Problemas de dureza y tenacidad de los materiales: los radiadores fabricados con diferentes materiales, como cobre, aluminio y sus aleaciones, tienen diferente dureza y tenacidad, y diferentes requisitos para las herramientas y procesos de procesamiento. Los materiales con mayor dureza se desgastarán más rápido y requerirán cambios de herramientas más frecuentes; los materiales con mejor tenacidad son propensos a deformarse y a generar rebabas durante el corte.

El procesamiento de materiales compuestos de cobre y aluminio es complejo: los disipadores de calor de dientes de pala de materiales compuestos de cobre y aluminio primero deben convertirse en materiales compuestos mediante tecnología de prensado en estado semifundido de colada continua, y luego se realiza el procesamiento de dientes de pala. El proceso es más complicado y requiere una mayor precisión para los equipos y los procesos.

l Requisitos de alta precisión dimensional

Es difícil garantizar la consistencia de la altura y el grosor de los dientes: para algunos disipadores de calor de dientes de alta densidad, se requiere que la altura y el grosor de cada diente sean muy consistentes para garantizar el rendimiento y la uniformidad del disipador de calor. Si la diferencia en la altura y el grosor de los dientes es demasiado grande, provocará una transferencia de calor desigual y afectará el efecto de disipación de calor. Durante el procesamiento, se requieren equipos de alta precisión y sistemas de control automatizados para garantizar que las especificaciones de cada diente sean consistentes.

Es difícil controlar el espaciado de los dientes: cuando los dientes del disipador de calor son demasiado densos, su densidad y espaciado hacen que el proceso de procesamiento sea más complicado, y el equipo de procesamiento debe tener mayor velocidad y precisión para mantener la uniformidad de los dientes. Por ejemplo, cuando el espaciado de los dientes es demasiado pequeño, la herramienta es propensa a interferencias durante el corte, lo que afecta la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie.

l Requisitos estrictos de calidad de la superficie

Problema de rebabas: Las rebabas se generan fácilmente durante el procesamiento, lo que no solo afecta la estética del radiador, sino que también puede obstaculizar el flujo de aire y reducir el efecto de disipación de calor. La generación de rebabas puede deberse a una baja precisión de corte del material, al desgaste de las herramientas de procesamiento, etc., y se deben adoptar los procesos de desbarbado correspondientes para resolverlos.

Rugosidad de la superficie: La rugosidad de la superficie del radiador afecta su rendimiento de disipación de calor y los efectos posteriores del tratamiento de la superficie. Una rugosidad excesiva de la superficie aumentará la resistencia al flujo de aire y reducirá la eficiencia de disipación de calor. Se requiere un tratamiento de superficie adicional para reducir la rugosidad, lo que aumenta los costos y el tiempo de procesamiento.

l Altos requisitos de procesos y equipos de procesamiento

Precisión y estabilidad del equipo: el paleado de engranajes requiere una máquina de paleado de engranajes de alta precisión, y la precisión del equipo afecta directamente la precisión dimensional y la calidad de la superficie de los dientes. Al mismo tiempo, el equipo debe tener una buena estabilidad para garantizar la consistencia dimensional durante el procesamiento a largo plazo.

Selección y desgaste de la herramienta: las herramientas adecuadas son cruciales para la calidad del procesamiento. El material, los parámetros geométricos, etc. de la herramienta deben seleccionarse de acuerdo con las propiedades del material. Durante el proceso de procesamiento, el desgaste de la herramienta provocará un aumento de la fuerza de corte, una disminución de la precisión dimensional y un aumento de la rugosidad de la superficie, y la herramienta debe ajustarse o reemplazarse a tiempo.

Velocidad de avance y profundidad de corte: los ajustes poco razonables de la velocidad de avance y la profundidad de corte pueden provocar fácilmente defectos de procesamiento. Si la velocidad de avance es demasiado rápida y la profundidad de corte es demasiado grande, la herramienta se sobrecargará, lo que provocará un arrebato, rebote o caída de la herramienta, etc., lo que afectará la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie.

Figura 2: Proceso de dientes de pala

l Requisitos de personalización elevados

Los diferentes escenarios de aplicación tienen diferentes requisitos en cuanto al tamaño, la forma, la altura, el grosor y el espaciado de los dientes, entre otros parámetros del radiador, que deben personalizarse según las necesidades específicas. Esto requiere que el fabricante de los equipos de procesamiento tenga capacidades de ajuste de procesos flexibles y una amplia experiencia para satisfacer las diversas necesidades de personalización.

Actualizaremos periódicamente la información y las tecnologías relacionadas con el diseño térmico y la reducción de peso. Gracias por su interés en Walmate.