میٹل فوم کا استعمال کرتے ہوئے نئے سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن سسٹم پر تحقیق

الیکٹرانک انٹیگریشن ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، الیکٹرانک آلات بھی چھوٹے، ہلکے وزن اور ذہانت کی طرف بڑھ رہے ہیں۔ تاہم، مربوط الیکٹرونک ڈیوائسز کا چھوٹا ہونا بجلی کی کثافت کو بڑھاتا ہے جبکہ گرمی کی کھپت بھی بڑھ رہی ہے۔ روایتی کولنگ ٹیکنالوجیز کو ٹھنڈک کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل رہا ہے۔ لہذا، ہائی ہیٹ فلوکس کثافت والے الیکٹرانک اجزاء کی گرمی کی کھپت کا مطالعہ کرنا خاص طور پر اہم ہے۔ اس مقالے میں، ہوا سے ٹھنڈا ہوا گرمی کی کھپت کا طریقہ تجویز کیا گیا ہے، یعنی سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن ٹیکنالوجی کی بنیاد پر، فوم میٹل ریڈی ایٹر کے ساتھ مل کر، ایک ریفریجریشن سسٹم ڈیزائن کیا گیا ہے اور اس کے ریفریجریشن اثر کو تجرباتی طور پر جانچا گیا ہے۔ ماڈل

1. نظریاتی بنیاد اور تجرباتی آلہ

سیمی کنڈکٹر کولر گرمی کی منتقلی کا آلہ ہے۔ جب کرنٹ تھرموکوپل جوڑے سے گزرتا ہے جو N{0}}قسم کے سیمی کنڈکٹر مواد کے ایک ٹکڑے اور P-قسم کے سیمی کنڈکٹر مواد کے ایک ٹکڑے سے بنتا ہے، تو حرارت کی منتقلی دونوں سروں کے درمیان ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں درجہ حرارت میں فرق ہوتا ہے۔ گرم اور سرد سروں کی تشکیل. تاہم، سیمی کنڈکٹر میں خود مزاحمت ہوتی ہے، جو گرمی پیدا کرتی ہے جب کرنٹ اس سے گزرتا ہے، جو گرمی کی منتقلی کو متاثر کرتا ہے۔ دو پلیٹوں کے درمیان حرارت بھی ہوا اور سیمی کنڈکٹر مواد کے ذریعے معکوس حرارت کی منتقلی سے گزرتی ہے۔ جب گرم اور سرد سرے درجہ حرارت کے ایک خاص فرق تک پہنچ جاتے ہیں اور گرمی کی منتقلی کی دو مقداریں برابر ہوتی ہیں، تو فارورڈ اور ریورس ہیٹ ٹرانسفر ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتے ہیں، اور سرد اور گرم سروں کا درجہ حرارت تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، کم درجہ حرارت حاصل کرنے کے لیے، گرم سرے کے درجہ حرارت کو کم کرنے کے لیے گرمی کی کھپت جیسے طریقے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

دھاتی جھاگ ایک غیر محفوظ دھاتی مواد ہے جس کی چھید 90 فیصد سے زیادہ ہے اور ایک خاص طاقت اور سختی ہے۔ اس قسم کے دھاتی مواد میں زیادہ ہوا کی پارگمیتا، بڑے تاکنا کی سطح کا علاقہ، اور چھوٹے مواد کی بلک کثافت ہوتی ہے۔ جب ہوا کا بہاؤ گزرتا ہے، تو اس میں ایک بڑا رابطہ علاقہ ہوتا ہے، جو گرمی کے تبادلے کے لیے موزوں ہوتا ہے۔

ریفریجریشن کا احساس سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن شیٹ سے ہوتا ہے۔ اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن شیٹ کی ٹھنڈی سطح گرمی کی کھپت والی چیز کے ساتھ براہ راست رابطے میں نہیں ہوسکتی ہے، اور ٹھنڈی سطح کی ٹھنڈی سطح کا ہوا میں قدرتی کنویکشن ہیٹ ٹرانسفر اثر اہم نہیں ہے، یہ فوم میٹل سے منسلک ہے۔ گرمی کے تبادلے کو بڑھانے کے لئے سطح. علاقے، سرد توانائی کے تبادلے کو مضبوط بنانے کے اثر کو حاصل کرنے کے لئے. کولنگ سیمی کنڈکٹر اور فوم میٹل کو سلیکون چکنائی سے جوڑا جاتا ہے تاکہ رابطے کی تھرمل مزاحمت کو کم کیا جا سکے۔ ہوا کے بہاؤ کا کچھ حصہ ٹھنڈک کی توانائی کو چھین لیتا ہے، ٹھنڈی ہوا بناتا ہے اور ہدف تک گرمی کو پھیلاتا ہے، اور گرم سطح کو بھی ہوا کے بہاؤ سے چھین کر ماحول میں خارج کر دیا جاتا ہے۔

تجربے میں کراس-کنیکٹڈ ڈبل ایئر ڈکٹ کا استعمال کیا گیا ہے، جن میں سے ایک ٹھنڈی ہوا کو ایکسپورٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اور دوسرا گرم ہوا کو ایکسپورٹ کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ہوا کا بہاؤ فراہم کرنے کے لیے سرد اور گرم ہوا کی نالیوں کے داخلی دروازے پر پنکھے جوڑیں، اور ہوا کی نالیوں پر کارروائی کرتے وقت ضروری پیمائشی سوراخ اور تنصیب کے سوراخ چھوڑ دیں۔

جب ریفریجریشن سیمی کنڈکٹر کو متحرک کیا جاتا ہے تو درجہ حرارت میں فرق پیدا ہوتا ہے، ٹھنڈی سطح کے ذریعے ہوا کا بہاؤ ٹھنڈا ہو کر ٹھنڈا ہوا بن جاتا ہے، اور گرم سطح کے ذریعے ہوا کا بہاؤ اسے ٹھنڈا کر دیتا ہے اور گرم ہوا کی نالی سے خارج ہو جاتا ہے۔ گرم سائیڈ کا درجہ حرارت جتنا کم ہوگا اور سرد طرف کا درجہ حرارت جتنا کم ہوگا، کولنگ اثر اتنا ہی بہتر ہوگا۔ کولڈ ایئر ڈکٹ کے آؤٹ لیٹ پر 4 سڈول درجہ حرارت کی پیمائش کرنے والے پوائنٹس (تجربہ میں T5, T6, T7, T8 کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، یونٹ ڈگری ) ہیں، اور آؤٹ لیٹ ہوا کے درجہ حرارت کی پیمائش کرنے کے لیے 4 اینیمومیٹر کو ہم آہنگی کے ساتھ ترتیب دیا گیا ہے، جبکہ انلیٹ ہوا درجہ حرارت کا تعین محیطی درجہ حرارت سے ہوتا ہے۔ باہر نکلتے وقت ہوا کی رفتار کی پیمائش کرنے کے لیے اینیومیٹر لگائیں۔ اس کے علاوہ، سیمی کنڈکٹر سرد سطح کے ساتھ رابطے میں جھاگ کی دھات کی سطح کو مرکز میں 4 پیمائشی پوائنٹس کے ساتھ ترتیب دیا جاتا ہے، اور 4 تھرموکوپلز کو تانبے کی پلیٹ پر اسپاٹ ویلڈیڈ کیا جاتا ہے تاکہ نیچے کی سطح پر ویلڈنگ کی گئی تانبے کی پلیٹ کے درجہ حرارت کی پیمائش کی جا سکے۔ فوم میٹل کا، جسے کیشلے ڈیٹا ایکوزیشن سسٹم کے ذریعے جمع کیا جاتا ہے۔ , 100 بار جمع کیا گیا، اور بالترتیب اوسط (تجربہ میں T1, T2, T3, T4 کے طور پر ریکارڈ کیا گیا، یونٹ ڈگری )، ریفریجریشن کے رشتہ دار حرارت کی منتقلی کے گتانک کو شمار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

اس ماڈل کے کولڈ ایئر ڈکٹ ٹمپریچر فیلڈ کے عددی نقالی نتائج: محیطی درجہ حرارت 298K (25 ڈگری) ہے، اور 400mm*100mm*40mm کے نقلی کولڈ ایئر ڈکٹ میں، سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن چپ 12V کی درجہ بندی کی شرائط کے تحت کام کرتی ہے۔ اور 6A، اور جھاگ دھات کا مواد تانبا ہے۔ ، سائز 100mm*100mm*40mm ہے، اور یہ 5 ppi ہے۔ ریفریجریشن کے نظریاتی اثر کی تصدیق نتائج سے کی جا سکتی ہے۔

2. تجرباتی عمل

2.1 تجرباتی سامان

1 پلیکسی گلاس کراس ایئر ڈکٹ، 2 تمام-کاپر کور 80W اسپیڈ-ریگولیٹڈ سینٹری فیوگل پنکھے، ریفریجریٹنگ سیمی کنڈکٹر (ریٹیڈ ورکنگ کنڈیشن 12V، 6A) 50mm*50mm، 2 الیکٹرانک اینیمو میٹر، 4 الیکٹرانک گلاس 11 تھرمامیٹر سپورٹس، کئی تانبے کی فوم میٹل، پی سی، کاپر کانسٹنٹن تھرموکوپل، آئس بوتل، کیشیلی 2700 ڈیٹا ایکوزیشن سسٹم، ڈیٹا ایکوزیشن کارڈ، لکیری اسٹیبلائزڈ پاور سپلائی وغیرہ۔

2.3 تجرباتی مراحل

ڈیزائن کے مطابق ایک ٹیسٹ بینچ بنائیں، اور کمرے کا درجہ حرارت Ts (ڈگری) پڑھیں، جو 26.5 ڈگری ہے۔

پنکھا 220V پاور سپلائی سے چلتا ہے، اور کولنگ سیمی کنڈکٹر لکیری وولٹیج مستحکم پاور سپلائی سے چلتا ہے۔

گرم ہوا کے ڈکٹ کے پنکھے کی ہوا کی رفتار V2 کو تبدیل نہ کریں، ریفریجریشن سیمی کنڈکٹر کے ورکنگ وولٹیج U یا کرنٹ I کو ایڈجسٹ کریں، کولڈ ایئر ڈکٹ پنکھے کی ہوا کی رفتار V1 کو ایڈجسٹ کریں، اور باری میں T1~T8 پڑھیں؛ پھر V2 کو تبدیل کریں، ریفریجریشن سیمی کنڈکٹر کے ورکنگ وولٹیج یا کرنٹ کو ایڈجسٹ کریں، اور کولڈ ایئر ڈکٹ کو ایڈجسٹ کریں۔ پنکھے کی ہوا کی رفتار V1، ترتیب میں T1~T8 پڑھیں۔ اوپر کی طرح دہرائیں، جہاں V2 ہے 0.5m/s, 1.{12}}m/s, 2.{14}}m/s, 3.{16}}m/s, 4۔ }}m/s, 2.5m/s, 3۔{35}}m/s, 3.5m/s, 4۔{39}}m/s, (U, I) بالترتیب ہیں (1.4V, 1 ( 8.2V، 5.0A)۔

کولڈ ایئر ڈکٹ کے آؤٹ لیٹ پر اوسط درجہ حرارت Tb=(T5 پلس T6 پلس T7 پلس T8)/4، سیمی کنڈکٹر سرد سطح کے ساتھ رابطے میں دھاتی جھاگ کے نیچے تانبے کی پلیٹ کا اوسط درجہ حرارت Ta{{6 }}(T1 جمع T2 جمع T3 جمع T4)/4؛ فارمولہ h*ΔTa* S=Q=Cp*(m/t)*ΔTb کے ذریعے، کولنگ پاور Q اور رشتہ دار ہیٹ ٹرانسفر گتانک h کا حساب لگائیں، جہاں مساوات کا بائیں جانب ہے ٹھنڈی سطح کی حرارت کی منتقلی کی طاقت، اور دائیں طرف کولنگ پاور ہے جس کا حساب ایئر کولنگ سے کیا جاتا ہے۔ S – دھاتی جھاگ کی نچلی سطح کا رقبہ، ΔTa=Ts-Ta، h حرارت کی منتقلی کے علاقے کے طور پر S کے ساتھ اصل حرارت کی منتقلی کا گتانک ہے، Cp ہوا کی مخصوص حرارت ہے کمرے کا درجہ حرارت، 1.004KJ/ لے لو

شکل 2 سے شکل 4 تک، چونکہ کولڈ ایئر ڈکٹ کی ہوا کی رفتار کم ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہے، اور ٹھنڈک کا اثر بہتر ہے۔ کولنگ شیٹ کی طاقت جتنی زیادہ ہوگی، کولڈ ایئر ڈکٹ کے آؤٹ لیٹ پر ہوا کا درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا، لیکن جب تجربے میں طاقت زیادہ سے زیادہ تک پہنچ جائے گی، تو کولڈ ایئر ڈکٹ کے آؤٹ لیٹ پر ہوا کا درجہ حرارت دوبارہ بڑھ جائے گا، کیونکہ گرم سطح کی گرمی کی کھپت کے حالات محدود ہیں، درجہ حرارت بڑھتا ہے، اور سرد سطح کا درجہ حرارت اسی کے مطابق ہے۔ اٹھاؤ

چونکہ تجربہ آلات اور ماحول سے متاثر ہوتا ہے، اگرچہ وکر میں ایک خاص حد تک اتار چڑھاؤ آتا ہے، مجموعی طور پر یہ نتیجہ نکلتا ہے کہ گرم ہوا کی نالی کی ہوا کی رفتار V2 میں اضافے کے ساتھ، ٹھنڈی ہوا کی نالی کے آؤٹ لیٹ پر ہوا کا درجہ حرارت Tb کم ہوجاتا ہے، اور ٹھنڈک اثر اچھا ہے.

تجرباتی اعداد و شمار کے حساب سے، ہیٹ ایکسچینج ایریا، کولنگ پاور Q، اور کولنگ سیمی کنڈکٹر پاور W کے طور پر S کے ساتھ سرد سطح کا اصل ہیٹ ٹرانسفر گتانک h حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اعداد و شمار کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ جب صرف ہوا کی رفتار کو تبدیل کیا جائے اور کولڈ ایئر ڈکٹ کے آؤٹ لیٹ پر بہاؤ، یعنی q بڑھتا ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے اور کولنگ پاور Q بڑھ جاتی ہے۔ جب صرف کولنگ سیمی کنڈکٹر پاور کو تبدیل کیا جاتا ہے، یعنی W بڑھتا ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہوجاتا ہے، اور کولنگ پاور کم ہوجاتی ہے۔ طاقت Q بڑھتی ہے؛ جب صرف گرم ہوا کی نالی کی ہوا کی رفتار تبدیل ہوتی ہے، یعنی V2 بڑھتا ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے اور کولنگ پاور Q بڑھ جاتی ہے۔ ٹھنڈی سطح کا اصل حرارت کی منتقلی کا گتانک H S کے ساتھ ہیٹ ایکسچینج ایریا کے طور پر، H V1 کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے، اور V2 کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ لیکن جب کولنگ سیمی کنڈکٹر پاور W بڑھتا ہے، h آہستہ آہستہ کم ہو جاتا ہے۔

تجربے میں، کولنگ پاور Q کی سب سے زیادہ قدر V2=3m/s, U=6.3V, I=4A, V1=4 کی حالت میں ماپا جاتا ہے۔ m/s، جس سے ثابت ہوتا ہے کہ کولنگ پاور کو جامع طور پر غور کرنے کی ضرورت ہے کہ آیا گرمی کی کھپت کے حالات متعلقہ طاقت اور ہوا کے بہاؤ کے معیار کو پورا کرتے ہیں۔ بہاؤ کا سائز، ٹھنڈک ہوا کی رفتار اور دیگر عوامل۔

3. نتیجہ

اس مقالے میں، فوم میٹل سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے ایک تجرباتی پروٹو ٹائپ ڈیزائن کیا گیا ہے۔ تجرباتی نتائج اور اعداد و شمار کے شماریاتی تجزیے کے مطابق، درج ذیل نتائج اخذ کیے گئے ہیں:

(1) انہی حالات میں، ٹھنڈی ہوا کی رفتار جتنی کم ہوگی، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا۔ ریفریجریشن سیمی کنڈکٹر کی برقی طاقت جتنی زیادہ ہوگی، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا۔ گرم ہوا کی نالی ہوا کی رفتار بڑھ جاتی ہے، اور ٹھنڈی ہوا کی نالی کے آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔

(2) انہی حالات میں، کولڈ ایئر ڈکٹ کی آؤٹ لیٹ ہوا کی رفتار بڑھ جاتی ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے، اور کولنگ پاور Q بڑھ جاتی ہے۔ کولڈ سیمی کنڈکٹر پاور W بڑھتا ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے، اور کولنگ پاور بڑھ جاتی ہے۔ گرم ہوا کی نالی کی ہوا کی رفتار بڑھ جاتی ہے، آؤٹ لیٹ ہوا کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے، کولنگ پاور بڑھ جاتی ہے۔

(3) S کے ساتھ ٹھنڈی سطح کا اصل ہیٹ ٹرانسفر گتانک h کیونکہ ہیٹ ایکسچینج ایریا V1 کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے، اور V2 کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ ریفریجریشن سیمی کنڈکٹر کی طاقت بڑھتی ہے، اور h آہستہ آہستہ کم ہوتی جاتی ہے۔

(4) کم کولنگ پاور کے لیے، کم ٹھنڈی ہوا کی رفتار، زیادہ گرم ہوا کی رفتار اور برقی طاقت کا انتخاب کریں۔ زیادہ کولنگ پاور کے لیے، زیادہ ٹھنڈی ہوا کی رفتار اور گرم ہوا کی رفتار، اور زیادہ برقی طاقت کا انتخاب کریں۔