خنک‌کاری با هوا - air cooling

[P O U R I A]

ایر کولینگ یا خنک‌کاری با هوا (air cooling) روشی است برای دفع حرارت. در این روش یک جسم را با افزایش سطح خارجی آن یا افزایش جریان هوا روی سطح آن و یا هر دو خنک می‌کنند.


یک مثال برای روش اول اضافه کردن فین یا پره (fin) به سطح جسم است که ممکن است به صورت یک‌پارچه با جسم باشند و یا محکم به سطح جسم متصل شده باشند که این کار برای اطمینان از انتقال حرارت با کارایی انجام می‌شود. در روش دوم می‌توان از یک فن برای دمش هوا بر روی جسم استفاده کرد. در بسیاری از حالت‌ها، اضافه کردن فین بر روی سطح باعث ایجاد یک چاه حرارتی (heat sink) برای افزایش کارایی خنک‌کاری می‌شود. در همه موارد هوا باید خنک‌تر از شیء یا سطحی باشد که قرار است از آن حرارت خارج شود.



خنک‌کاری با هوا در خودروها


هوا به طور عمده برای موتورهای احتراق داخلی خنک شده با هوا (for air-cooled internal combustion engines) استفاده می‌شود، به ویژه آن‌هایی که تامین توان هواپیماها را بر عهده دارند، زیرا هوا یک سیال در دسترس است و اغلب در دمای مناسبی است که بتواند به صورت کارآمد استفاده شود. در حالی که در بسیاری از موتورهای احتراق داخلی خنک شده با مایع (liquid cooled)، مایع خنک‌کاری معمولا با عبور هوا از طریق یک رادیاتور (radiator) و یا مبدل حرارتی (heat exchanger) خنک می‌شود. نمونه خنک‌کاری مستقیم هوایی در اتومبیل‌های مدرن بسیار کم است. متداول‌ترین نمونه آن موتور موتور تخت (Flat engine) یا باکسر (Boxer engine)‌ است که زمانی به صورت گسترده توسط پورشه استفاده می‌شود و هنوز در موتور سیکلت‌های BMW به کار می‌رود.

 

[P O U R I A]

خنک‌کاری با هوا در توربین‌ها

موتورهای توربین گاز همانند توربوجت‌ها (turbojets) و توربوفن‌ها (turbofans) از توربین‌هایی استفاده می‌کنند که در معرض گازهای داغ خارج محفظه احتراق قرار دارند. در صورت لزوم، هوای نسبتا سرد از کمپرسور خارج می‌شود و پره‌های توربین (turbine blades) را خنک و از ذوب شدن آن‌ها جلوگیری می‌کند.



خنک‌کاری قطعات الکترونیکی با هوا

خنک‌کاری با هوا در کامپیوتر و سیستم خنک کننده CPU کاربرد زیادی دارد که در آن پردازنده کامپیوتر تولید مقدار زیادی حرارت می‌کند که اگر از بین نرود می‌تواند به CPU و دیگر قطعات الکترونیکی آسیب گسترده بزند. در این حالت هوا از مزیت عایق بودن خود نیز به خوبی استفاده می‌کند. با این حال در آینده پردازنده های جدید ممکن است حرارت بیش از حد تولید کنند و نتوان آن را از طریق خنک‌کاری مستقیم هوایی دفع نمود و ممکن است که این روش خنک‌کاری مستقیم از رده خارج شود. خنک‌کاری با آب در بسیاری از توان‌های بالا از جمله سرورهای بزرگ تا حدودی محبوب است.

 

[P O U R I A]

خنک‌کاری با هوا در صنعت

تعداد زیادی از فرآیندهای صنعتی از هوا به عنوان محیط خنک‌کاری، چه به طور مستقیم یا غیر مستقیم استفاده می‌کنند. تهویه مطبوع یک فرایند بسیار معمول است که در آن هوای یک اتاق یا یک ساختمان خنک می‌شود تا یک محیط راحت برای ساکنان آن فراهم نماید. اغلب هوا به وسیله آب سرد یا آب نمک خنک می‌شود و حرارت منتقل شده از محیط به آن به خارج از ساختمان منتقل می‌شود و در آن‌جا اغلب یک مبدل حرارتی آب به هوای دارای فن، حرارت را به اتمسفر پس می‌دهد. یک منظره آشنا برج خنک کن بتونی نیروگاه‌ها هستند. این برج‌ها از خنک‌کاری با هوا در مقیاس بزرگ استفاده می‌کنند.





کاهش کارایی خنک‌کاری با هوا در ارتفاع بالا

هنگامی که در یک محیط با فشار هوای پایین‌تر مانند ارتفاع بالا و یا کابین هواپیما کار می‌کنیم، ظرفیت خنک‌کاری در مقایسه با سطح دریا کاهش می‌یابد.

طبق یک رابطه سر انگشتی، فاکتور کاهش کارایی خنک‌کاری برابر است با:

(derating factor = 1 - (h/17500​

که در آن h ارتفاع از سطح دریا به متر است. این رابطه یک فاکتور است که در ظرفیت خنک‌کاری بر حسب وات ضرب می‌شود تا ظرفیت خنک‌کاری در ارتفاع مشخص از سطح دریا را محاسبه کند.