ऊष्मा अभिगम

This article is about components used to cool electronics. For other uses, see Heat sink (disambiguation).

फैन-कूल्ड हीट सिंक। दाईं ओर मदरबोर्ड का एक छोटा हीट सिंक कूलिंग नॉर्थब्रिज (कंप्यूटिंग) है।

एक उपभोक्ता लैपटॉप पर विशिष्ट हीटसिंक-पंखा संयोजन पाया जाता है। हीटपाइप जिसमें एक कार्यशील तरल पदार्थ होता है, सीपीयू और जीपीयू के साथ सीधा संपर्क बनाता है, घटक से दूर गर्मी का संचालन करता है और इसे कूलिंग फैन के एग्जॉस्ट पोर्ट पर लगे फिन-स्टैक में स्थानांतरित करता है। फिन-स्टैक एक द्रव-से-तरल ताप विनिमायक के रूप में कार्य करता है जो मृत-अवस्था की स्थिति में तापीय पाइप (ओं) के भीतर कार्यशील द्रव से तापीय ऊर्जा को परिवेशी वायु में स्थानांतरित करता है।

एक हीट सिंक (जिसे आमतौर पर हीटसिंक भी कहा जाता है) एक निष्क्रिय हीट एक्सचेंजर है जो एक इलेक्ट्रॉनिक या एक यांत्रिक उपकरण द्वारा उत्पन्न गर्मी को द्रव माध्यम, अक्सर हवा या एक तरल शीतलक में स्थानांतरित करता है, जहां यह थर्मल प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स) डिवाइस से दूर होता है, जिससे डिवाइस के तापमान के नियमन की अनुमति मिलती है। . कंप्यूटर में, सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट, ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग युनिट, और कुछ चिपसेट और रैम मॉड्यूल को ठंडा करने के लिए हीट सिंक कंप्यूटर को ठंडा करता है। हीट सिंक का उपयोग उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों जैसे पावर ट्रांजिस्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे लेजर और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के साथ किया जाता है, जहां घटक की गर्मी अपव्यय क्षमता स्वयं तापमान को नियंत्रित करने के लिए अपर्याप्त होती है।

एक हीट सिंक को इसके सतह क्षेत्र को इसके आसपास के शीतलन माध्यम, जैसे कि हवा के संपर्क में अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वायु वेग, सामग्री की पसंद, फलाव डिजाइन और सतह के उपचार ऐसे कारक हैं जो हीट सिंक के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। हीट सिंक अटैचमेंट मेथड्स और थर्मल इंटरफेस मटेरियल भी इंटीग्रेटेड सर्किट के डाई (इंटीग्रेटेड सर्किट) तापमान को प्रभावित करते हैं। थर्मल चिपकने वाला या ऊष्ण पेस्ट डिवाइस पर हीट सिंक और ऊष्मा फैलानेवाला के बीच हवा के अंतराल को भरकर हीट सिंक के प्रदर्शन में सुधार करता है। हीट सिंक आमतौर पर एल्यूमीनियम या तांबे से बना होता है।

हीट ट्रांसफर सिद्धांत

एक हीट सिंक थर्मल ऊर्जा को उच्च तापमान वाले उपकरण से कम तापमान वाले द्रव माध्यम में स्थानांतरित करता है। द्रव माध्यम अक्सर हवा होता है, लेकिन यह पानी, रेफ्रिजरेंट या तेल भी हो सकता है। यदि द्रव माध्यम पानी है, तो हीट सिंक को अक्सर कोल्ड प्लेट कहा जाता है। ऊष्मप्रवैगिकी में एक गर्मी सिंक एक गर्मी जलाशय है जो तापमान में महत्वपूर्ण बदलाव के बिना गर्मी की मनमानी मात्रा को अवशोषित कर सकता है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए प्रैक्टिकल हीट सिंक का तापमान संवहन, विकिरण और चालन द्वारा गर्मी को स्थानांतरित करने के लिए परिवेश से अधिक होना चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक्स की बिजली आपूर्ति बिल्कुल कुशल नहीं है, इसलिए अतिरिक्त गर्मी उत्पन्न होती है जो डिवाइस के कार्य के लिए हानिकारक हो सकती है। जैसे, गर्मी फैलाने के लिए डिज़ाइन में हीट सिंक शामिल है।

फूरियर का नियम | फूरियर का ऊष्मा चालन का नियम दर्शाता है कि जब किसी पिंड में तापमान प्रवणता होती है, तो ऊष्मा उच्च तापमान वाले क्षेत्र से निचले तापमान वाले क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाएगी। वह दर जिस पर चालन द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण होता है, $q_{k}$, तापमान ढाल और क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के उत्पाद के लिए आनुपातिक है जिसके माध्यम से गर्मी स्थानांतरित की जाती है। जब इसे x दिशा में एक आयामी रूप में सरलीकृत किया जाता है, तो इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

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

ऊर्जा के संरक्षण और न्यूटन के शीतलन के नियम से नियंत्रक समीकरणों की गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली वाहिनी में हीट सिंक का स्केच

डक्ट में हीट सिंक के लिए, जहां हवा डक्ट से होकर बहती है, हीट-सिंक बेस आमतौर पर डक्ट से बहने वाली हवा से ज्यादा गर्म होगा। ऊर्जा के संरक्षण को लागू करना, स्थिर-अवस्था स्थितियों के लिए, और एकमुश्त धारिता मॉडल#Newton.27s शीतलन का नियम|चित्र में दिखाए गए तापमान नोड्स को ठंडा करने का न्यूटन का नियम निम्नलिखित समीकरणों का सेट देता है:

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

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

कहां

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

${\dot {m}}$ किलो/सेकेंड में वायु द्रव्यमान प्रवाह दर है

$c_{p,{\text{in}}}$ J/(kg °C) में आने वाली हवा की विशिष्ट ताप क्षमता है

${R_{\text{hs}}}$ हीटसिंक का थर्मल प्रतिरोध है

औसत वायु तापमान का उपयोग करना एक धारणा है जो अपेक्षाकृत कम गर्मी सिंक के लिए मान्य है। जब कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स की गणना की जाती है, तो लॉगरिदमिक माध्य वायु तापमान का उपयोग किया जाता है।

उपरोक्त समीकरण दिखाते हैं कि:

• जब हीट सिंक के माध्यम से हवा का प्रवाह कम हो जाता है, तो इससे औसत हवा के तापमान में वृद्धि होती है। यह बदले में हीट-सिंक बेस तापमान को बढ़ाता है। और साथ ही, हीट सिंक का थर्मल प्रतिरोध भी बढ़ेगा। शुद्ध परिणाम एक उच्च ताप-सिंक बेस तापमान है।
  • प्रवाह दर में कमी के साथ हीट-सिंक थर्मल प्रतिरोध में वृद्धि इस लेख में बाद में दिखाई जाएगी।
• इनलेट हवा का तापमान हीट-सिंक बेस तापमान के साथ दृढ़ता से संबंधित होता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी उत्पाद में हवा का पुनर्संचार होता है, तो इनलेट हवा का तापमान परिवेशी वायु तापमान नहीं होता है। इसलिए हीट सिंक का इनलेट हवा का तापमान अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप हीट-सिंक बेस तापमान भी अधिक होता है।
• अगर हीट सिंक के आसपास हवा का प्रवाह नहीं है, तो ऊर्जा का स्थानांतरण नहीं हो सकता।
• हीट सिंक स्पंज की तरह गर्मी को अवशोषित करने और इसे समानांतर ब्रह्मांड में भेजने की जादुई क्षमता वाला उपकरण नहीं है।

प्राकृतिक संवहन के लिए हीट सिंक के ऊपर हवा के मुक्त प्रवाह की आवश्यकता होती है। यदि पंखों को लंबवत रूप से संरेखित नहीं किया जाता है, या यदि उनके बीच पर्याप्त वायु प्रवाह की अनुमति देने के लिए पंख एक साथ बहुत करीब हैं, तो हीट सिंक की दक्षता कम हो जाएगी।

डिजाइन कारक

पावर ट्रांजिस्टर हीट सिंक। TO-3 पैकेज के लिए बाएं, TO-220 पैकेज के लिए दाएं, दो TO-220 के लिए मध्य।

थर्मल प्रतिरोध

विभिन्न प्रकार के उपभोक्ता और औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक उपकरणों के लिए, थर्मल प्रतिरोध का विचार हीट सिंक के चयन को सरल करता है। सेमीकंडक्टर डाई और परिवेशी वायु के बीच ऊष्मा प्रवाह को ऊष्मा प्रवाह के प्रतिरोधों की एक श्रृंखला के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है; डाई से डिवाइस केस तक, केस से हीट सिंक तक, और हीट सिंक से परिवेशी वायु तक प्रतिरोध होता है। इन प्रतिरोधों का योग डाई से परिवेशी वायु तक का कुल तापीय प्रतिरोध है। थर्मल प्रतिरोध को बिजली की प्रति यूनिट तापमान वृद्धि के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो विद्युत प्रतिरोध के अनुरूप होता है, और इसे डिग्री सेल्सियस प्रति वाट (डिग्री सेल्सियस / डब्ल्यू) की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। यदि वाट में उपकरण का अपव्यय ज्ञात है, और कुल तापीय प्रतिरोध की गणना की जाती है, तो परिवेशी वायु पर मरने के तापमान में वृद्धि की गणना की जा सकती है।

सेमीकंडक्टर हीट सिंक के थर्मल प्रतिरोध का विचार एक अनुमान है। यह किसी डिवाइस या हीट सिंक पर गर्मी के गैर-समान वितरण को ध्यान में नहीं रखता है। यह केवल थर्मल संतुलन में एक प्रणाली का मॉडल करता है और समय के साथ तापमान में बदलाव को ध्यान में नहीं रखता है। न ही यह तापमान वृद्धि के संबंध में विकिरण और संवहन की गैर-रैखिकता को दर्शाता है। हालांकि, निर्माता हीट सिंक और सेमीकंडक्टर उपकरणों के लिए थर्मल प्रतिरोध के विशिष्ट मूल्यों को सारणीबद्ध करते हैं, जो व्यावसायिक रूप से निर्मित हीट सिंक के चयन को सरल बनाने की अनुमति देता है। कमर्शियल एक्सट्रूडेड एल्युमीनियम हीट सिंक में थर्मल रेजिस्टेंस (परिवेश वायु के लिए हीट सिंक) होता है 0.4 °C/W TO-3 उपकरणों के लिए बड़े सिंक के लिए, जितना अधिक हो 85 °C/W TO-92 छोटे प्लास्टिक केस के लिए क्लिप-ऑन हीट सिंक के लिए।TO-3 केस में लोकप्रिय 2N3055 पावर ट्रांजिस्टर में जंक्शन से केस तक आंतरिक थर्मल प्रतिरोध होता है 1.52 °C/W. डिवाइस केस और हीट सिंक के बीच संपर्क के बीच थर्मल प्रतिरोध हो सकता है 0.5 and 1.7 °C/W, केस के आकार और ग्रीस या इंसुलेटिंग माइका वॉशर के उपयोग पर निर्भर करता है।

सामग्री

हीट सिंक अनुप्रयोगों के लिए सामग्री में उच्च ताप क्षमता और तापीय चालकता होनी चाहिए ताकि बहुत अधिक तापमान की ओर शिफ्ट किए बिना अधिक ऊष्मा ऊर्जा को अवशोषित किया जा सके और इसे कुशल शीतलन के लिए पर्यावरण में प्रेषित किया जा सके। सबसे आम हीट सिंक सामग्री एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं। एल्यूमीनियम मिश्र धातु 1050 एल्यूमीनियम मिश्र धातु में 229 W/(m·K) और 922 J/(kg·K) की ताप क्षमता पर उच्च तापीय चालकता मूल्यों में से एक है। लेकिन यंत्रवत् नरम है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु 6060 (कम तनाव), 6061 एल्यूमीनियम मिश्र धातु, और 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग क्रमशः 166 और 201 W/(m·K) के तापीय चालकता मूल्यों के साथ किया जाता है। मूल्य मिश्र धातु के तड़के (धातु विज्ञान) पर निर्भर करते हैं। एक टुकड़ा एल्यूमीनियम हीट सिंक बाहर निकालना, ढलाई, स्काइविंग (मेटल वर्किंग) या मिलिंग (मशीनिंग) द्वारा बनाया जा सकता है।

तांबे में अपनी तापीय चालकता, संक्षारण प्रतिरोध, जैव-दूषण प्रतिरोध और रोगाणुरोधी प्रतिरोध के संदर्भ में उत्कृष्ट ताप-सिंक गुण हैं (ताप विनिमायकों में तांबा भी देखें)। कॉपर में एल्युमीनियम की तापीय चालकता लगभग दोगुनी होती है, शुद्ध कॉपर के लिए लगभग 400 W/(m·K)। इसके मुख्य अनुप्रयोग औद्योगिक सुविधाओं, बिजली संयंत्रों, सौर तापीय ऊर्जा जल प्रणालियों, एचवीएसी प्रणालियों, गैस वॉटर हीटरों, मजबूर वायु तापन और शीतलन प्रणालियों, भूतापीय तापन और शीतलन, और इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में हैं।

ताँबा तीन गुना घना होता हैऔर एल्यूमीनियम की तुलना में अधिक महंगा है, और तांबा एल्यूमीनियम की तुलना में कम नमनीय है।वन-पीस कॉपर हीट सिंक को स्काइविंग (मेटल वर्किंग) या मिलिंग (मशीनिंग) द्वारा बनाया जा सकता है। शीट-मेटल फिन्स को एक आयताकार कॉपर बॉडी पर टांका लगाया जा सकता है।

फिन दक्षता

फिन दक्षता उन मापदंडों में से एक है जो उच्च-तापीय-चालकता सामग्री को महत्वपूर्ण बनाती है। हीट सिंक के एक फिन को एक सपाट प्लेट माना जा सकता है जिसके एक सिरे में गर्मी प्रवाहित होती है और जब यह दूसरे छोर तक जाती है तो आसपास के द्रव में फैल जाती है।चूंकि गर्मी पंख के माध्यम से बहती है, गर्मी सिंक के थर्मल प्रतिरोध का संयोजन प्रवाह को बाधित करता है और संवहन के कारण गर्मी खो जाती है, पंख का तापमान और इसलिए, तरल पदार्थ में गर्मी हस्तांतरण, आधार से कम हो जाएगा फिन का अंत। फिन दक्षता को फिन द्वारा हस्तांतरित वास्तविक गर्मी के रूप में परिभाषित किया गया है, गर्मी हस्तांतरण द्वारा विभाजित फिन इज़ोटेर्मल (काल्पनिक रूप से अनंत तापीय चालकता वाले फिन) थे। ये समीकरण सीधे पंखों के लिए लागू होते हैं:: $\eta _{\text{f}}={\frac {\tanh(mL_{c})}{mL_{c}}},$

$mL_{c}={\sqrt {\frac {2h_{\text{f}}}{kt_{\text{f}}}}}L_{\text{f}},$

कहां

एच_f पंख का ऊष्मा अंतरण गुणांक है:

10 से 100 W/(m²·के) हवा में,

500 से 10,000 W/(m²·के) पानी में,

k अंतिम सामग्री की तापीय चालकता है:

एल्यूमीनियम के लिए 120 से 240 वाट/(मीटर·केल्विन),

एल_f अंतिम ऊंचाई (एम) है,

टी_f अंतिम मोटाई (एम) है।

फिन पहलू अनुपात (उन्हें मोटा या छोटा बनाकर), या अधिक प्रवाहकीय सामग्री (उदाहरण के लिए एल्यूमीनियम के बजाय तांबा) का उपयोग करके फिन दक्षता में वृद्धि हुई है।

प्रतिरोध फैलाना

एक अन्य पैरामीटर जो हीट-सिंक सामग्री की तापीय चालकता से संबंधित है, प्रतिरोध फैला रहा है। प्रसार प्रतिरोध तब होता है जब तापीय ऊर्जा को परिमित तापीय चालकता वाले पदार्थ में एक छोटे से क्षेत्र से बड़े क्षेत्र में स्थानांतरित किया जाता है। हीट सिंक में, इसका मतलब है कि हीट-सिंक बेस के माध्यम से गर्मी समान रूप से वितरित नहीं होती है। प्रसार प्रतिरोध घटना को दिखाया गया है कि गर्मी स्रोत स्थान से गर्मी कैसे यात्रा करती है और गर्मी स्रोत और गर्मी सिंक के किनारों के बीच एक बड़े तापमान ढाल का कारण बनती है। इसका मतलब यह है कि कुछ पंख कम तापमान पर होते हैं यदि गर्मी सिंक के आधार पर गर्मी स्रोत समान थे। यह असमानता हीट सिंक के प्रभावी थर्मल प्रतिरोध को बढ़ाती है।

हीट सिंक के आधार में फैलने वाले प्रतिरोध को कम करने के लिए:

• आधार मोटाई बढ़ाएँ,
• उच्च तापीय चालकता के साथ एक अलग सामग्री चुनें,
• हीट सिंक बेस में वेपर चेंबर या गरम पाइप का इस्तेमाल करें।

वित्त व्यवस्था

Main article: Fin (extended surface)

हीट-सिंक प्रकार: पिन, स्ट्रेट और फ्लेयर्ड फिन

एक पिन-फिन हीट सिंक एक हीट सिंक है जिसमें पिन होते हैं जो इसके बेस से फैलते हैं। पिन बेलनाकार, अण्डाकार या वर्गाकार हो सकते हैं। एक पिन बाजार में उपलब्ध अधिक सामान्य हीट-सिंक प्रकारों में से एक है। एक दूसरे प्रकार की हीट-सिंक फिन व्यवस्था सीधी फिन है। ये हीट सिंक की पूरी लंबाई में चलते हैं। स्ट्रेट-फिन हीट सिंक का एक रूपांतर क्रॉस-कट हीट सिंक है। स्ट्रेट-फिन हीट सिंक को नियमित अंतराल पर काटा जाता है।

एक पिन-फिन हीट सिंक के चारों ओर मुक्त-संवहन प्रवाह

सामान्य तौर पर, एक हीट सिंक का सतह क्षेत्र जितना अधिक होता है, वह उतना ही बेहतर काम करता है।हालांकि, यह हमेशा सच नहीं है। पिन-फिन हीट सिंक की अवधारणा एक दिए गए आयतन में जितना संभव हो उतना सतह क्षेत्र पैक करने का प्रयास करना है।साथ ही, यह किसी भी ओरिएंटेशन में अच्छा काम करता है। कोर्डीबनसमान आयामों के पिन-फिन और स्ट्रेट-फिन हीट सिंक के प्रदर्शन की तुलना की है। हालांकि पिन-फिन की लंबाई 194 सेंटीमीटर होती है² सतही क्षेत्रफल जबकि स्ट्रेट-फ़िन का 58 सेमी², हीट-सिंक बेस और पिन-फिन के लिए परिवेशी वायु के बीच तापमान अंतर है 50 °C, लेकिन स्ट्रेट-फ़िन के लिए यह 44 °C था, या पिन-फ़िन से 6 °C बेहतर था। पिन-फिन हीट सिंक का प्रदर्शन सीधे पंखों की तुलना में काफी बेहतर होता है, जब उनके इच्छित अनुप्रयोग में उपयोग किया जाता है, जहां द्रव पिंस के साथ केवल स्पर्शरेखा के बजाय पिंस के साथ अक्षीय रूप से प्रवाहित होता है।

Comparison of a pin-fin and straight-fin heat sink of similar dimensions

Heat-sink fin type	Width [cm]	Length [cm]	Height [cm]	Surface area [cm2]	Volume [cm3]	Temperature difference, Tcase − Tair [°C]
Straight	2.5	2.5	3.2	58	20	44
Pin	3.8	3.8	1.7	194	24	51

एक अन्य विन्यास फ्लेयर्ड-फिन हीट सिंक है; जैसा कि दिखाया गया है, इसके पंख एक दूसरे के समानांतर नहीं हैं figure 5. पंखों को फड़फड़ाने से प्रवाह प्रतिरोध कम हो जाता है और अधिक हवा हीट-सिंक फिन चैनल से गुजरती है; अन्यथा, अधिक हवा पंखों को बायपास कर देगी। उन्हें तिरछा करने से समग्र आयाम समान रहते हैं, लेकिन लंबे पंख मिलते हैं। फ़ोर्गन, एट अल। पिन-फिन, स्ट्रेट-फिन और फ्लेयर्ड-फिन हीट सिंक पर किए गए परीक्षणों पर डेटा प्रकाशित किया है। उन्होंने पाया कि कम हवा के दृष्टिकोण वेग के लिए, आमतौर पर लगभग 1मी/सेकेंड, थर्मल प्रदर्शन सीधे-पंख वाले हीट सिंक की तुलना में कम से कम 20% बेहतर होता है। लासेंस और एगिंक यह भी पाया कि उनके द्वारा परीक्षण किए गए बाईपास कॉन्फ़िगरेशन के लिए, फ्लेयर्ड हीट सिंक ने परीक्षण किए गए अन्य हीट सिंक की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया।

गुहाएं (उल्टे पंख)

एक ऊष्मा स्रोत में सन्निहित गुहाएँ (उल्टे पंख) आसन्न पंखों के बीच बने क्षेत्र हैं जो न्यूक्लियेट उबलने या संघनन के आवश्यक प्रवर्तकों के लिए खड़े होते हैं। इन गुहाओं का उपयोग आमतौर पर विभिन्न प्रकार के ताप पैदा करने वाले पिंडों से ऊष्मा सिंक में निकालने के लिए किया जाता है।

ऊष्मा स्रोत और ताप सिंक के बीच प्रवाहकीय मोटी प्लेट

एक प्रवाहकीय मोटी प्लेट को ऊष्मा स्रोत और एक ठंडे बहने वाले द्रव (या किसी अन्य ताप सिंक) के बीच ऊष्मा-हस्तांतरण इंटरफ़ेस के रूप में रखने से शीतलन प्रदर्शन में सुधार हो सकता है। ऐसी व्यवस्था में ऊष्मा स्रोत को शीतलक द्रव के सीधे संपर्क में ठंडा करने के बजाय मोटी प्लेट के नीचे ठंडा किया जाता है। यह दिखाया गया है यह कि मोटी प्लेट ऊष्मा स्रोत और शीतलक द्रव के बीच ऊष्मा प्रवाह को इष्टतम तरीके से संचालित करके ऊष्मा हस्तांतरण में महत्वपूर्ण सुधार कर सकती है। इस पद्धति के दो सबसे आकर्षक लाभ यह हैं कि कोई अतिरिक्त पंपिंग शक्ति और कोई अतिरिक्त ताप-हस्तांतरण सतह क्षेत्र नहीं है, जो कि फिन्स (विस्तारित सतहों) से काफी अलग है।

सतह का रंग

ब्लैक हीट सिंक के साथ एक सर्वर-ग्रेड फ्लैश-मेमोरी कार्ड

हीट सिंक से गर्मी का स्थानांतरण आसपास की हवा के संवहन, हवा के माध्यम से चालन और थर्मल विकिरण से होता है।

विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण ऊष्मा-सिंक तापमान और परिवेश के तापमान दोनों का एक कार्य है, जिसके साथ ताप सिंक वैकल्पिक रूप से युग्मित है। जब ये दोनों तापमान 0 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस के क्रम में होते हैं, तो संवहन की तुलना में विकिरण का योगदान आम तौर पर छोटा होता है, और इस कारक की अक्सर उपेक्षा की जाती है। इस मामले में, प्राकृतिक-संवहन या मजबूर-प्रवाह में काम करने वाले फिनिश्ड हीट सिंक सतह के उत्सर्जन से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं होंगे।

ऐसी परिस्थितियों में जहां संवहन कम होता है, जैसे कि कम वायु प्रवाह वाला एक फ्लैट गैर-पंख वाला पैनल, विकिरण शीतलन एक महत्वपूर्ण कारक हो सकता है। यहां सतह के गुण एक महत्वपूर्ण डिजाइन कारक हो सकते हैं। चमकदार नंगे धातु की तुलना में मैट-ब्लैक सतहें अधिक कुशलता से विकिरण करती हैं। एक चमकदार धातु की सतह में कम उत्सर्जन होता है। किसी सामग्री की उत्सर्जन अत्यधिक आवृत्ति-निर्भर होती है और अवशोषण से संबंधित होती है (जिनमें चमकदार धातु की सतह बहुत कम होती है)। अधिकांश सामग्रियों के लिए, दृश्यमान स्पेक्ट्रम में उत्सर्जन इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में उत्सर्जन के समान होता है; हालाँकि, अपवाद हैं – विशेष रूप से, कुछ धातु आक्साइड जो चयनात्मक सतहों के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

निर्वात या बाहरी अंतरिक्ष में, कोई संवहन ताप हस्तांतरण नहीं होता है, इस प्रकार इन वातावरणों में, ऊष्मा सिंक और पर्यावरण के बीच ताप प्रवाह को नियंत्रित करने वाला एकमात्र कारक विकिरण है। अंतरिक्ष में एक उपग्रह के लिए, a 100 °C (373 K) सूर्य का सामना करने वाली सतह बहुत अधिक उष्मा को अवशोषित करेगी, क्योंकि सूर्य की सतह का तापमान लगभग 6000 K है, जबकि वही सतह गहरे अंतरिक्ष के सामने बहुत अधिक गर्मी विकीर्ण करेगी, क्योंकि गहरे अंतरिक्ष में केवल कई केल्विन का प्रभावी तापमान होता है।

इंजीनियरिंग अनुप्रयोग

माइक्रोप्रोसेसर कूलिंग

Asus GTX-650 ग्राफ़िक्स कार्ड का कूलिंग सिस्टम; तीन ताप पाइप दिखाई दे रहे हैं

गर्मी अपव्यय इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सर्किटों का एक अपरिहार्य उप-उत्पाद है।सामान्य तौर पर, उपकरण या घटक का तापमान घटक से पर्यावरण के थर्मल प्रतिरोध पर निर्भर करेगा, और घटक द्वारा गर्मी का प्रसार होगा। यह सुनिश्चित करने के लिए कि घटक अधिक गर्म (बिजली) नहीं करता है, एक थर्मल इंजीनियर डिवाइस से पर्यावरण के लिए एक कुशल गर्मी हस्तांतरण पथ खोजने की कोशिश करता है। गर्मी हस्तांतरण पथ घटक से मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) तक हो सकता है, गर्मी सिंक तक, पंखे द्वारा प्रदान किए गए वायु प्रवाह के लिए, लेकिन सभी उदाहरणों में, अंततः पर्यावरण के लिए।

दो अतिरिक्त डिज़ाइन कारक भी थर्मल डिज़ाइन के थर्मल/मैकेनिकल प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं:

1. वह विधि जिसके द्वारा किसी घटक या प्रोसेसर पर हीट सिंक लगाया जाता है। इस पर सेक्शन अटैचमेंट मेथड्स के तहत चर्चा की जाएगी।
2. एक दूसरे के संपर्क में दो वस्तुओं के बीच प्रत्येक इंटरफ़ेस के लिए, इंटरफ़ेस के पार तापमान में गिरावट होगी। ऐसी समग्र प्रणालियों के लिए, इंटरफ़ेस के पार तापमान में गिरावट सराहनीय हो सकती है। इस तापमान परिवर्तन को थर्मल संपर्क प्रतिरोध के रूप में जाना जाता है, इसके लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) थर्मल संपर्क प्रतिरोध को कम करती है।

अटैचमेंट के तरीके

जैसे-जैसे घटकों का बिजली अपव्यय बढ़ता है और घटक पैकेज का आकार घटता जाता है, थर्मल इंजीनियरों को यह सुनिश्चित करने के लिए नवाचार करना चाहिए कि घटक ज़्यादा गरम नहीं होंगे (बिजली)। कूलर चलाने वाले उपकरण अधिक समय तक चलते हैं। एक हीट सिंक डिज़ाइन को अपनी तापीय और यांत्रिक आवश्यकताओं दोनों को पूरा करना चाहिए। उत्तरार्द्ध के संबंध में, घटक को उचित झटके और कंपन के साथ अपने हीट सिंक के साथ थर्मल संपर्क में रहना चाहिए। हीट सिंक एक सर्किट बोर्ड की कॉपर फ़ॉइल हो सकती है, या एक अलग हीट सिंक घटक या सर्किट बोर्ड पर लगाया जा सकता है। अटैचमेंट के तरीकों में थर्मलली कंडक्टिव टेप या एपॉक्सी, वायर-फॉर्म टाई (इंजीनियरिंग) #Z-क्लिप्स, फ्लैट स्प्रिंग क्लिप, स्टैंडऑफ स्पेसर्स और पुश पिन शामिल हैं जो इंस्टॉल करने के बाद विस्तारित होते हैं।

थर्मल प्रवाहकीय टेप

तापीय प्रवाहकीय टेप का रोल।

थर्मली प्रवाहकीय टेप सबसे अधिक लागत प्रभावी हीट सिंक अटैचमेंट सामग्रियों में से एक है। यह कम द्रव्यमान वाले हीट सिंक और कम बिजली अपव्यय वाले घटकों के लिए उपयुक्त है। इसमें प्रत्येक तरफ एक दबाव-संवेदनशील चिपकने वाला तापीय प्रवाहकीय वाहक सामग्री होती है।

यह टेप हीट सिंक के आधार पर लगाया जाता है, जो बाद में घटक से जुड़ा होता है। निम्नलिखित कारक हैं जो थर्मल टेप के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं:# घटक और हीट सिंक दोनों की सतह साफ होनी चाहिए, जिसमें सिलिकॉन वसा की फिल्म जैसा कोई अवशेष न हो।

1. अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए प्रीलोड दबाव आवश्यक है। अपर्याप्त दबाव का परिणाम फंसी हुई हवा के साथ गैर-संपर्क के क्षेत्रों में होता है, और अपेक्षित इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध से अधिक परिणाम होता है।
2. मोटा टेप असमान घटक सतहों के साथ बेहतर वेटेबिलिटी प्रदान करता है। Wettability एक घटक पर एक टेप के संपर्क का प्रतिशत क्षेत्र है। हालाँकि, मोटे टेपों में पतले टेपों की तुलना में अधिक तापीय प्रतिरोध होता है। एक डिजाइन के दृष्टिकोण से, एक टेप मोटाई का चयन करके संतुलन बनाना सबसे अच्छा है जो न्यूनतम थर्मल प्रतिरोध के साथ अधिकतम वेटेबिलिटी प्रदान करता है।

epoxy

एपॉक्सी टेप की तुलना में अधिक महंगा है, लेकिन हीट सिंक और घटक के साथ-साथ बेहतर तापीय चालकता के बीच अधिक यांत्रिक बंधन प्रदान करता है।इस उद्देश्य के लिए चुने गए एपॉक्सी को तैयार किया जाना चाहिए। अधिकांश एपॉक्सी दो-भाग तरल सूत्रीकरण होते हैं जिन्हें हीट सिंक पर लागू करने से पहले और घटक पर हीट सिंक लगाने से पहले अच्छी तरह से मिश्रित किया जाना चाहिए। एपॉक्सी को एक निर्दिष्ट समय के लिए ठीक किया जाता है, जो 2 घंटे से 48 घंटे तक भिन्न हो सकता है। उच्च तापमान पर तेजी से इलाज का समय प्राप्त किया जा सकता है। जिन सतहों पर एपॉक्सी लगाया जाता है, वे साफ और किसी भी अवशेष से मुक्त होनी चाहिए।

हीट सिंक और घटक के बीच एपॉक्सी बंधन अर्ध-स्थायी/स्थायी है।यह पुन: कार्य को बहुत कठिन और कई बार असंभव बना देता है। रीवर्क के कारण होने वाली सबसे आम क्षति घटक डाई हीट स्प्रेडर को उसके पैकेज से अलग करना है।

जेड-क्लिप रिटेनर के साथ एक पिन फिन हीट सिंक।

; वायर फॉर्म जेड-क्लिप

टेप और एपॉक्सी की तुलना में अधिक महंगा, वायर फॉर्म जेड-क्लिप यांत्रिक रूप से हीट सिंक को जोड़ते हैं। जेड-क्लिप का उपयोग करने के लिए, मुद्रित सर्किट बोर्ड में एंकर होना चाहिए। एंकरों को या तो बोर्ड पर टांका लगाया जा सकता है, या उनमें से धकेला जा सकता है। किसी भी प्रकार के छेद को बोर्ड में डिज़ाइन करने की आवश्यकता होती है। RoHS का उपयोग सोल्डर के लिए अनुमति दी जानी चाहिए क्योंकि ऐसे सोल्डर परंपरागत पीबी/एसएन सोल्डर से यांत्रिक रूप से कमजोर हैं।

टाई (इंजीनियरिंग)#Z-क्लिप|z-क्लिप के साथ अस्सेम्ब्ल करने के लिए, इसके एक किनारे को किसी एक एंकर से जोड़ दें। स्प्रिंग को तब तक डिफ्लेक्ट करें जब तक कि क्लिप के दूसरी तरफ को दूसरे एंकर में नहीं रखा जा सकता। विक्षेपण घटक पर एक स्प्रिंग लोड विकसित करता है, जो बहुत अच्छा संपर्क बनाए रखता है। जेड-क्लिप द्वारा प्रदान किए जाने वाले यांत्रिक लगाव के अलावा, यह चरण परिवर्तन प्रकार जैसे उच्च-प्रदर्शन थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री का उपयोग करने की भी अनुमति देता है।

दो हीट सिंक अटैचमेंट विधियाँ, अर्थात् मैक्सीग्रिप (बाएँ) और टैलन क्लिप (दाएँ)।

; क्लिप्स

प्रोसेसर और गेंद जाल सरणी (BGA) घटकों के लिए उपलब्ध, क्लिप सीधे BGA हीट सिंक को घटक से जोड़ने की अनुमति देते हैं। क्लिप घटक के नीचे और पीसीबी की शीर्ष सतह के बीच बॉल ग्रिड ऐरे (बीजीए) द्वारा बनाए गए अंतर का उपयोग करते हैं। इसलिए क्लिप को पीसीबी में किसी छेद की आवश्यकता नहीं होती है। वे घटकों के आसान पुनर्विक्रय की भी अनुमति देते हैं।

पुश पिन की एक जोड़ी।

; संपीड़न स्प्रिंग्स के साथ पुश पिन

बड़े हीट सिंक और उच्च प्रीलोड के लिए, कम्प्रेशन स्प्रिंग वाले पुश पिन बहुत प्रभावी होते हैं।धक्का पिन, आमतौर पर पीतल या प्लास्टिक से बने होते हैं, अंत में एक लचीला बार्ब होता है जो पीसीबी में एक छेद के साथ संलग्न होता है; एक बार इंस्टॉल हो जाने पर, बार्ब पिन को बरकरार रखता है। संपीड़न वसंत विधानसभा को एक साथ रखता है और गर्मी सिंक और घटक के बीच संपर्क बनाए रखता है। पुश पिन आकार के चयन में सावधानी की आवश्यकता है। बहुत अधिक सम्मिलन बल के परिणामस्वरूप डाई क्रैकिंग और परिणामी घटक विफलता हो सकती है।

संपीड़न स्प्रिंग्स के साथ पिरोया गतिरोध

बहुत बड़े हीट सिंक के लिए, थ्रेडेड स्टैंडऑफ़ और कम्प्रेशन स्प्रिंग अटैचमेंट विधि का कोई विकल्प नहीं है।एक थ्रेडेड स्टैंडऑफ अनिवार्य रूप से आंतरिक थ्रेड्स के साथ एक खोखली धातु ट्यूब है। पीसीबी में एक छेद के माध्यम से एक छोर को स्क्रू से सुरक्षित किया जाता है। दूसरा सिरा एक स्क्रू को स्वीकार करता है जो असेंबली को पूरा करते हुए स्प्रिंग को संकुचित करता है। एक विशिष्ट हीट सिंक असेंबली में दो से चार गतिरोध का उपयोग होता है, जो इसे सबसे महंगा हीट सिंक अटैचमेंट डिज़ाइन बनाता है। एक और नुकसान पीसीबी में छेद की जरूरत है।

Summary of heat sink attachment methods

Method	Pros	Cons	Cost
Thermal tape	Easy to attach. Inexpensive.	Cannot provide mechanical attachment for heavier heat sinks or for high vibration environments. Surface must be cleaned for optimal adhesion. Moderate to low thermal conductivity.	Very low
Epoxy	Strong mechanical adhesion. Relatively inexpensive.	Makes board rework difficult since it can damage component. Surface must be cleaned for optimal adhesion.	Very low
Wire form Z-clips	Strong mechanical attachment. Easy removal/rework. Applies a preload to the thermal interface material, improving thermal performance.	Requires holes in the board or solder anchors. More expensive than tape or epoxy. Custom designs.	Low
Clip-on	Applies a preload to the thermal interface material, improving thermal performance. Requires no holes or anchors. Easy removal/rework.	Must have "keep out" zone around the BGA for the clip. Extra assembly steps.	Low
Push pin with compression springs	Strong mechanical attachment. Highest thermal interface material preload. Easy removal and installation.	Requires holes in the board which increases complexity of traces in PCB.	Moderate
Stand-offs with compression springs	Strongest mechanical attachment. Highest preload for the thermal interface material. Ideal for large heat sinks.	Requires holes in the board which increases complexity of trace layout. Complicated assembly.	High

थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री

Main article: Thermal interface material

थर्मल चालकता और इंटरफ़ेस प्रतिरोध थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री के थर्मल इंटरफ़ेस प्रतिरोध का हिस्सा है।

थर्मल संपर्क प्रतिरोध सतह खुरदरापन प्रभाव, दोष और इंटरफ़ेस के मिसलिग्न्मेंट द्वारा बनाई गई रिक्तियों के कारण होता है। इंटरफ़ेस में मौजूद रिक्त स्थान हवा से भरे हुए हैं। गर्मी हस्तांतरण इसलिए वास्तविक संपर्क क्षेत्र में चालन और अंतराल के पार चालन (या प्राकृतिक संवहन) और विकिरण के कारण होता है।यदि संपर्क क्षेत्र छोटा है, जैसा कि खुरदरी सतहों के लिए होता है, तो प्रतिरोध में प्रमुख योगदान गैप द्वारा किया जाता है।थर्मल संपर्क प्रतिरोध को कम करने के लिए, सतह खुरदरापन कम किया जा सकता है जबकि इंटरफ़ेस दबाव बढ़ाया जाता है। हालांकि, सुधार के ये तरीके इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए हमेशा व्यावहारिक या संभव नहीं होते हैं। थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) इन सीमाओं को दूर करने का एक सामान्य तरीका है।

उचित रूप से लागू थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री हवा को विस्थापित करती है जो दो वस्तुओं के बीच अंतराल में मौजूद सामग्री के साथ होती है जिसमें बहुत अधिक तापीय चालकता होती है। हवा की तापीय चालकता 0.022 W/(m·K) होती है जबकि TIM की चालकता 0.3 W/(m·K) होती है और उच्चा।

TIM का चयन करते समय, निर्माता द्वारा प्रदान किए गए मूल्यों का ध्यान रखा जाना चाहिए। अधिकांश निर्माता किसी सामग्री की तापीय चालकता के लिए एक मूल्य देते हैं। हालाँकि, तापीय चालकता इंटरफ़ेस प्रतिरोधों को ध्यान में नहीं रखती है। इसलिए, यदि किसी TIM में उच्च तापीय चालकता है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि इंटरफ़ेस प्रतिरोध कम होगा।

TIM का चयन तीन मापदंडों पर आधारित होता है: इंटरफ़ेस गैप जिसे TIM को भरना चाहिए, संपर्क दबाव और TIM की विद्युत प्रतिरोधकता। संपर्क दबाव दो सामग्रियों के बीच इंटरफेस पर लागू दबाव है। चयन में सामग्री की लागत शामिल नहीं है। विद्युत डिजाइन विवरण के आधार पर विद्युत प्रतिरोधकता महत्वपूर्ण हो सकती है।

Selection based on interface gap

Interface gap values		Products types available
< 0.05 mm	< 2 mil	Thermal grease, epoxy, phase change materials
0.05–0.1 mm	2–5 mil	Phase change materials, polyimide, graphite or aluminium tapes
0.1–0,5 mm	5–18 mil	Silicone-coated fabrics
> 0.5 mm	> 18 mil	Gap fillers

Selection based on contact pressure

Contact pressure scale	Typical pressure ranges	Product types available
Very low	< 70 kPa	Gap fillers
Low	< 140 kPa	Thermal grease, epoxy, polyimide, graphite or aluminium tapes
High	2 MPa	Silicone-coated fabrics

Selection based on dielectric strength

Electrical insulation	Dielectric strength	Typical values		Product types available
Not required	N/A	N/A	N/A	Thermal grease, epoxy, phase-change materials, graphite, or aluminium tapes.
Required	Low	10 kV/mm	< 300 V/mil	Silicone coated fabrics, gap fillers
Required	High	60 kV/mm	> 1500 V/mil	Polyimide tape

TIM application notes based on product type

Product type	Application notes	Thermal performance
Thermal paste	Messy. Labor-intensive. Relatively long assembly time.	++++
Epoxy	Creates "permanent" interface bond.	++++
Phase change	Allows for pre-attachment. Softens and conforms to interface defects at operational temperatures. Can be repositioned in field.	++++
Thermal tapes, including graphite, polyimide, and aluminium tapes	Easy to apply. Some mechanical strength.	+++
Silicone coated fabrics	Provide cushioning and sealing while still allowing heat transfer.	+
Gap filler	Can be used to thermally couple differing-height components to a heat spreader or heat sink. Naturally tacky.	++

Philips Lumileds Lighting Company के हाई-पॉवर LED 21 मिमी स्टार-आकार के एल्युमीनियम-कोर मुद्रित सर्किट बोर्ड पर लगे हैं

प्रकाश उत्सर्जक डायोड लैंप

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) का प्रदर्शन और जीवनकाल उनके तापमान के मजबूत कार्य हैं। प्रभावी शीतलन इसलिए आवश्यक है। एक एलईडी आधारित डाउनलाइटर का केस स्टडी प्रकाश व्यवस्था के प्रभावी शीतलन के लिए जरूरी आवश्यक गर्मी सिंक की गणना करने के लिए की गई गणनाओं का एक उदाहरण दिखाता है। लेख यह भी दिखाता है कि परिणामों में विश्वास पाने के लिए, समान परिणाम देने वाले कई स्वतंत्र समाधानों की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, प्रयोगात्मक, संख्यात्मक और सैद्धांतिक तरीकों के परिणाम परिणामों में उच्च विश्वास देने के लिए एक दूसरे के 10% के भीतर होने चाहिए।

सोल्डरिंग में

अस्थायी हीट सिंक का उपयोग कभी-कभी सोल्डरिंग सर्किट बोर्ड के लिए किया जाता है, अत्यधिक गर्मी को संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान पहुंचाने से रोकता है। सरलतम मामले में, इसका अर्थ है भारी धातु मगरमच्छ क्लिप, hemostat, या इसी तरह के क्लैंप का उपयोग करके आंशिक रूप से एक घटक को पकड़ना। आधुनिक सेमीकंडक्टर डिवाइस, जिन्हें रिफ्लो सोल्डरिंग द्वारा असेंबल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, आमतौर पर बिना नुकसान के सोल्डरिंग तापमान को सहन कर सकते हैं। दूसरी ओर, चुंबकीय बेंत का स्विच जैसे विद्युत घटक गर्म टांका लगाने वाले लोहे के संपर्क में आने पर खराबी कर सकते हैं, इसलिए यह अभ्यास अभी भी बहुत अधिक उपयोग में है।

प्रदर्शन निर्धारित करने के तरीके

सामान्य तौर पर, एक गर्मी सिंक प्रदर्शन भौतिक तापीय चालकता, आयाम, फिन प्रकार, गर्मी हस्तांतरण गुणांक, वायु प्रवाह दर और नलिका आकार का एक कार्य है। हीट सिंक के थर्मल प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए, एक सैद्धांतिक मॉडल बनाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, थर्मल प्रदर्शन को प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है। वर्तमान अनुप्रयोगों में अत्यधिक 3डी प्रवाह की जटिल प्रकृति के कारण, संख्यात्मक विधियों या कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सीएफडी) का भी उपयोग किया जा सकता है। यह खंड हीट सिंक थर्मल प्रदर्शन के निर्धारण के लिए उपरोक्त विधियों पर चर्चा करेगा।

एक उष्मा अंतरण सैद्धांतिक मॉडल

समतुल्य तापीय प्रतिरोधों के साथ ऊष्मा सिंक का रेखाचित्र।

थर्मल प्रतिरोध और गर्मी हस्तांतरण गुणांक में उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट ताप सिंक डिजाइन के लिए प्रवाह दर के विरुद्ध प्लॉट किया गया।लेख में दिए गए समीकरणों का उपयोग करके डेटा उत्पन्न किया गया था। डेटा से पता चलता है कि बढ़ती वायु प्रवाह दर के लिए, हीट सिंक का थर्मल प्रतिरोध कम हो जाता है।

हीट सिंक के प्रदर्शन को निर्धारित करने के तरीकों में से एक है हीट ट्रांसफर और फ्लुइड डायनेमिक्स सिद्धांत का उपयोग करना। इस तरह की एक विधि जेगल्स, एट अल द्वारा प्रकाशित की गई है। हालांकि यह काम डक्ट फ्लो तक ही सीमित है। डक्टेड फ्लो वह जगह है जहां हवा को एक चैनल के माध्यम से बहने के लिए मजबूर किया जाता है जो हीट सिंक पर कसकर फिट बैठता है। यह सुनिश्चित करता है कि सभी हवा हीट सिंक के पंखों द्वारा गठित चैनलों के माध्यम से जाती है। जब वायु प्रवाह को डक्ट नहीं किया जाता है, तो वायु प्रवाह का एक निश्चित प्रतिशत हीट सिंक को बायपास कर देगा। इनलेट डक्ट वेग के लिए अपेक्षाकृत असंवेदनशील रहते हुए, फ्लो बाईपास को फिन डेंसिटी और क्लीयरेंस में वृद्धि के साथ पाया गया।

हीट सिंक थर्मल रेजिस्टेंस मॉडल में दो प्रतिरोध होते हैं, अर्थात् हीट सिंक बेस में प्रतिरोध, $R_{b}$, और पंखों में प्रतिरोध, $R_{f}$. हीट सिंक बेस थर्मल प्रतिरोध, $R_{b}$, को निम्नानुसार लिखा जा सकता है यदि स्रोत समान रूप से हीट सिंक बेस पर लगाया गया हो। यदि ऐसा नहीं है, तो मूल प्रतिरोध मुख्य रूप से प्रतिरोध फैला रहा है:

$R_{b}={\frac {t_{b}}{kA_{b}}}$ (4)

कहां $t_{b}$ हीट सिंक बेस की मोटाई है, $k$ गर्मी सिंक सामग्री तापीय चालकता है और $A_{b}$ हीट सिंक बेस का क्षेत्र है।

पंख के आधार से हवा तक थर्मल प्रतिरोध, $R_{f}$, निम्नलिखित सूत्रों द्वारा गणना की जा सकती है:

$R_{f}={\frac {1}{nh_{f}W_{f}\left(t_{f}+2\eta _{f}L_{f}\right)}}$ (5)

$\eta _{f}={\frac {\tanh {mL_{c}}}{mL_{c}}}$(6)

$mL_{c}={\sqrt {\frac {2h_{f}}{kt_{f}}}}L_{f}$(7)

$D_{h}={\frac {4A_{ch}}{P_{ch}}}$ (8)

$Re={\frac {4{\dot {G}}\rho }{n\pi D_{h}\mu }}$ (9)

$f=(0.79\ln Re-1.64)^{-2}$ (10)

$Nu={\frac {(f/8)(Re-1000)Pr}{1+12.7(f/8)^{0.5}(Pr^{\frac {2}{3}}-1)}}$(11)

$h_{f}={\frac {Nuk_{air}}{D_{h}}}$ (12)

$\rho ={\frac {P_{atm}}{R_{a}T_{in}}}$ (13)

प्रवाह दर को हीट सिंक सिस्टम कर्व और फैन कर्व के प्रतिच्छेदन द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। हीट सिंक सिस्टम वक्र की गणना चैनलों के प्रवाह प्रतिरोध और इनलेट और आउटलेट के नुकसान से की जा सकती है जैसा कि पॉटर, एट अल जैसे मानक द्रव यांत्रिकी पाठ्य पुस्तकों में किया जाता है। और सफेद। एक बार हीट सिंक बेस और फिन रेसिस्टेंस ज्ञात हो जाने के बाद, हीट सिंक थर्मल रेजिस्टेंस, $R_{hs}$ के रूप में गणना की जा सकती है:

$R_{hs}=R_{b}+R_{f}$ (14)।

समीकरण 5 से 13 और आयामी डेटा का उपयोग करके,पंख के लिए थर्मल प्रतिरोध की गणना विभिन्न वायु प्रवाह दरों के लिए की गई थी। आरेख में थर्मल प्रतिरोध और गर्मी हस्तांतरण गुणांक के आंकड़े दिखाए गए हैं, जो दर्शाता है कि बढ़ती वायु प्रवाह दर के लिए, गर्मी सिंक के थर्मल प्रतिरोध में कमी आती है।

प्रायोगिक तरीके

हीट सिंक थर्मल प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए प्रायोगिक परीक्षण अधिक लोकप्रिय तरीकों में से एक है। हीट सिंक थर्मल प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए, प्रवाह दर, इनपुट शक्ति, इनलेट हवा का तापमान और हीट सिंक बेस तापमान को जानना आवश्यक है। विक्रेता द्वारा आपूर्ति किया गया डेटा आमतौर पर डक्ट किए गए परीक्षण परिणामों के लिए प्रदान किया जाता है। हालांकि, परिणाम आशावादी हैं और भ्रामक डेटा दे सकते हैं जब एक अनडक्टेड एप्लिकेशन में हीट सिंक का उपयोग किया जाता है। अजर, एट अल में हीट सिंक परीक्षण विधियों और सामान्य निरीक्षणों पर अधिक विवरण पाया जा सकता है।

संख्यात्मक तरीके

थर्मल प्रोफाइल के साथ रेडियल हीट सिंक और एक कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी विश्लेषण पैकेज का उपयोग करते हुए घुमावदार मजबूर संवहन प्रवाह प्रक्षेपवक्र की भविष्यवाणी की गई

उद्योग में, थर्मल विश्लेषणों को अक्सर डिज़ाइन प्रक्रिया में अनदेखा कर दिया जाता है या बहुत देर से किया जाता है— जब डिज़ाइन परिवर्तन सीमित होते हैं और बहुत महंगे हो जाते हैं। इस लेख में वर्णित तीन विधियों में से, सैद्धांतिक और संख्यात्मक विधियों का उपयोग भौतिक मॉडल बनाने से पहले उत्पादों के हीट सिंक या घटक तापमान का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। एक सैद्धांतिक मॉडल आमतौर पर पहले आदेश के अनुमान के रूप में उपयोग किया जाता है। ऑनलाइन हीट सिंक कैलकुलेटर सैद्धांतिक और अनुभवजन्य रूप से व्युत्पन्न सहसंबंधों के संयोजन के आधार पर मजबूर और प्राकृतिक संवहन ताप सिंक प्रदर्शन का उचित अनुमान प्रदान कर सकता है। संख्यात्मक तरीके या कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सीएफडी) द्रव प्रवाह की गुणात्मक (और कभी-कभी मात्रात्मक भी) भविष्यवाणी प्रदान करते हैं। इसका मतलब यह है कि यह सिमुलेशन का एक दृश्य या पोस्ट-प्रोसेस्ड परिणाम देगा, जैसे आंकड़े 16 और 17 में चित्र, और चित्र 18 और 19 में सीएफडी एनिमेशन, लेकिन परिणाम की मात्रात्मक या पूर्ण सटीकता के प्रति संवेदनशील है उपयुक्त मापदंडों का समावेश और सटीकता।

सीएफडी प्रवाह पैटर्न में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है जो प्रयोगात्मक विधियों का उपयोग करके अध्ययन करना मुश्किल, महंगा या असंभव है।प्रयोग सीमित संख्या में बिंदुओं और समय उदाहरणों पर एक समय में एक मात्रा के लिए माप का उपयोग करके प्रवाह घटना का मात्रात्मक विवरण दे सकते हैं। यदि पूर्ण-स्तरीय मॉडल उपलब्ध नहीं है या व्यावहारिक नहीं है, तो स्केल मॉडल या डमी मॉडल का उपयोग किया जा सकता है। प्रयोगों में सीमित समस्याएं और परिचालन स्थितियां हो सकती हैं। सिमुलेशन सभी वांछित मात्राओं के लिए सीएफडी सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्रवाह घटना की भविष्यवाणी कर सकते हैं, अंतरिक्ष और समय में उच्च संकल्प और वस्तुतः किसी भी समस्या और यथार्थवादी परिचालन स्थितियों के साथ। हालाँकि, यदि महत्वपूर्ण है, तो परिणामों को मान्य करने की आवश्यकता हो सकती है।

Pin fin heat sink with thermal profile and free convection flow trajectories predicted using a CFD analysis package	38 mm diameter by 50 mm tall pin fin heat sink with thermal profile and swirling animated forced convection flow trajectories from a vaneaxial fan, predicted using a CFD analysis package
60 mm by 60 mm by 10 mm straight finned heat sink with thermal profile and swirling animated forced convection flow trajectories from a tubeaxial fan, predicted using a CFD analysis package

यह भी देखें

• कंप्यूटर कूलिंग
• ऊष्मा फैलानेवाला
• गरम पाइप
• गर्मी पंप
• हीरे के भौतिक गुण # तापीय चालकता
• रेडियेटर
• थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री
• ताप प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स)
• थर्मल रेज़िज़टेंस
• थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग

इस पेज में लापता आंतरिक लिंक की सूची

• उष्मा का आदान प्रदान करने वाला
• डाई (एकीकृत सर्किट)
• कंप्यूटर ठंडा करना
• ताप जलाशय
• थर्मल रेज़िज़टेंस
• हीट एक्सचेंजर्स में कॉपर
• गर्मी हस्तांतरण गुणांक
• ऊष्मीय चालकता
• आस्पेक्ट अनुपात
• ऊष्मीय विकिरण
• गर्मी का हस्तांतरण
• वाह़य ​​अंतरिक्ष
• खालीपन
• रवि
• अति ताप (बिजली)
• अभिकलनात्मक जटिलता द्रव गतिकी