散热器的基础知识：它们是如何工作的？
你不需要成为麻省理工学院的毕业生就知道电子设备和机器在运行时会产生热量。如果无人看管，这种情况会很快导致设备过热，从而导致故障。然后，除非您反应足够快，否则此故障可能会导致永久性损坏。
为了防止过热，大多数设备都包含散热器，即负责设备内热管理的组件。它们的工作原理是从机器或设备的重要区域（例如中央处理器 (CPU)）散发热量，使其保持凉爽和正常运行。
有趣的是，虽然在保持电子设备正常运行方面发挥着关键作用，但散热器经常被忽视，这可能是因为它们的尺寸相当小。如果您想了解有关这些神奇组件的更多信息，本指南将为您提供了解什么是散热器及其工作原理所需的所有基本信息。
让我们直接进入（双关语）。
什么是散热器？
让我们首先更详细地解释什么是散热器。简单来说，它是一个作为被动热交换器工作的组件，用于调节机械或电子设备的温度。
它通过增加设备的工作表面积，将热量从发热组件传递到低温流体来实现这一点。这样，热量就会从设备上散发出去，从而确保设备运行时不会过热。
由于其出色的冷却性能，散热器被用于许多行业，包括 CNC 加工。通常，它们用于冷却计算机组件（通常是 CPU 和 GPU）以及为晶体管或激光器供电。
散热器是如何制造的？
对更大表面积的需求会显着影响散热器的构建方式。典型的散热器由连接到非常窄的散热片或引脚的底座组成。这样一来，散热器就可以将尽可能多的表面积装入特定的体积中。
然而，翅片的尺寸和形状因不同的散热器而异。更重要的是，它们对散热器的性能有重大影响。我们可以区分：
- 针翅式散热器。 这种散热器具有从其底座延伸的引脚。它们在不同类型的散热器中具有最大的表面积，并且在低气流情况下工作得最好。销钉通常呈圆柱形、椭圆形或方形。
- 板翅式散热器。 板翅式散热器具有从其底部延伸的矩形翅片。此类散热器比针翅式系统更常见，并且最适合单向气流。
- 喇叭形散热片。 喇叭形翅片系统是板翅式散热器的一种变体。它们具有喇叭形翅片布置（因此得名），可降低流动阻力。
一些散热器还附有风扇和鼓风机。这些被称为有源散热器。我们将在本文后面详细讨论它们。
散热器的工作原理是什么？
散热器使用热导体将热量从热源带走并将其吸引到其表面区域，然后与冷却空气或流体接触。整个过程涉及四个基本步骤：
- 热源产生热量。 热源可以是任何在运行时产生热量并需要冷却才能正常运行的系统。它可以是机械、电气、化学、核能、太阳能或摩擦系统。
- 热量从源头转移出去。 通过自然传导，热量进入散热器并远离热源。这个过程与散热器材料的导热性直接相关。这就是为什么经常使用铝或铜等材料来制造散热器的原因。它们具有高导热性。
- 热量分布在整个散热器中。 然后热量将穿过散热器，从高温环境转移到低温环境。这对散热器意味着它的热分布将不一致。因此，散热片通常朝向热源较热，而朝向末端较冷。
- 散热器将热量带走。 最后一步涉及热量从散热器移走。它严重依赖水槽的温度梯度及其冷却液（通常是空气或导电液）。流体穿过散热器表面，并通过热扩散和对流将热量带入周围环境。这里需要注意的重要一点是，如果周围温度不低于散热器，散热器将不会散热。
不同类型的散热器
在谈论散热器时，我们区分了三种基本类型的散热器——被动式、主动式和混合式。下面有更多关于它们的信息。
被动式散热器
无源散热器依靠自然对流。这意味着只有热空气的浮力会在散热器表面产生气流。因此，无源散热器在散热时不需要辅助电源或控制系统。另一方面，它们在从系统中传递热量方面的效率和效果不如有源散热器。
主动式散热器
与无源散热器相反，有源散热器不仅仅依靠自然对流。他们使用强制空气来增加通过加热区域的流体流动。他们使用风扇、鼓风机或整个物体运动来做到这一点。
有源散热器如何工作的一个典型示例是，当您的计算机开始变热时，您的 PC 中的风扇会打开。风扇迫使空气流过散热器，使未加热的空气流过其表面。正因为如此，整个散热器系统的总热梯度会增加，从而从设备中带走更多的热量。
混合散热器
顾名思义，混合散热器结合了被动和主动散热器系统的特性。有趣的是，混合系统不像无源或有源散热器那么受欢迎。他们还经常依赖专用控制系统根据特定的温度要求来冷却设备。
当系统在较冷的温度水平下运行时，强制空气源（风扇或鼓风机）保持不活动状态，被动冷却系统。有源系统仅在设备开始达到更高温度时才开始工作，在此过程中增加了散热器的冷却能力。
散热片用什么材料？
如前所述，散热器的材料需要提供自然导热性。这就是为什么散热器通常使用铝或铜生产，材料由应用、热强度、生产方法和预算决定。
- 铝。 通常，散热器制造商使用铝 1050、6060、6061 或 6063。第一个非常有利于热，但缺乏强度，而其余三个不太有利于但提供更强的机械性能。至于成本效益，最实惠的散热器是使用铝合金生产的。
- 铜。 铜提供出色的导热性。事实上，它的好处是铝的两倍。此外，它还具有耐腐蚀性、抗微生物性，并具有其他理想的特性。这就是为什么铜散热器被认为是高端的原因，它比铝散热器更昂贵，而且制造起来通常更具挑战性。
散热器是如何制造的？
制造散热器涉及多种工艺和生产技术，例如铝挤压、压铸或 CNC 铣削。它们通常使用以下材料制造：
- 铣削。 铣削是从毛坯工件上切削材料的减法工艺。这也是一种更快生产散热器的经济实惠的方式。
- 挤压。 这是迫使热金属坯料通过钢模的过程。挤压是制造散热器时最常用的方法，因为它被认为快速、有效，因此更经济。
- 铸造。 铸造涉及将熔融金属倒入模具中，这是制造铜和铝散热器的另一种流行方法。此类散热器具有更高的复杂性，并提供更好的机械性能。
- 去皮。 也称为刮削，刮削是将材料切成薄片的过程。在生产板翅式和喇叭形翅片散热器时，通常会使用刮削，以提供更薄、更精确的翅片放置。
- 3D 打印。 3D 打印散热器已成为传统生产的散热器的可行替代品。其主要原因是最近铜增材制造的进步，这使得 3D 打印在制造散热器时成为一种更实惠的方法。
影响散热器性能的因素有哪些？
有几个因素会影响散热器的性能以及它是否可以有效地从特定组件（例如 CPU 或 GPU）散发热量。这些变量是：
- 散热器的尺寸，
- 散热器材料的导热系数（铝与铜），
- 形状、体积和翅片排列，
- 气流速度，
- 翅片之间的管道尺寸。
性能还取决于散热器的类型。有源散热器被认为更有效，这就是为什么它们通常用于需要更快冷却的设备中。
关键要点
希望在阅读我们的指南后，您可以更好地了解散热器的重要性以及它们的工作原理。它们的尺寸可能很小，但它们对电气或机械设备性能的影响令人难以置信，可以防止它们过热并确保它们尽可能地发挥最高性能。
工业技术