서멀 페이스트는 공기가 열 절연체이기 때문에 반드시 필요합니다. TPMS(Triply Periodic Minimal Surface) 구조와 같은 테스트 섹션의 바닥 표면이 평평해 보이더라도 미세한 불규칙성이 존재합니다. 페이스트가 없으면 이러한 고르지 않은 표면이 알루미늄 가열 블록과 접촉할 때 공기 주머니가 형성되어 열 흐름을 차단하고 실험 데이터를 왜곡합니다.
미세한 공기 간극은 상당한 "접촉 열 저항"을 유발합니다. 서멀 페이스트는 전도성이 낮은 공기를 전도성이 높은 매질로 대체하여 측정된 온도가 열교환기의 실제 성능을 정확하게 반영하도록 보장합니다.
인터페이스 불규칙성의 물리학
"평평한" 표면의 문제점
육안으로는 열교환기와 가열 블록 사이의 인터페이스가 매끄럽게 보입니다. 그러나 미시적으로 보면 이러한 표면은 봉우리와 골짜기로 구성된 거친 지형입니다.
절연 장벽
두 개의 고체 표면이 접촉할 때 표면 거칠기의 가장 높은 봉우리에서만 물리적으로 접촉합니다. 나머지 공간, 종종 인터페이스 면적의 대부분은 공기로 채워집니다.
공기 제거가 필요한 이유
공기는 열 전도율이 매우 낮습니다. 이렇게 갇힌 공기 주머니는 장벽 역할을 하여 열이 알루미늄 블록에서 테스트 섹션으로 효율적으로 이동하는 것을 방해합니다.
서멀 페이스트의 기능
간극 채우기
서멀 페이스트는 점성이 있고 전도성이 높은 재료로 설계되었습니다. 주요 기능은 표면 질감의 미세한 골짜기로 흘러 들어가는 것입니다.
연속적인 열 경로 생성
페이스트는 공기를 대체하여 열원과 싱크 사이에 연속적인 다리를 만듭니다. 이는 접촉 열 저항을 크게 줄입니다.
부드러운 열 전달 보장
공기가 제거되면 열 전달이 부드럽고 효율적으로 이루어집니다. 에너지는 임계값에서 상당한 저항에 부딪히지 않고 가열 블록에서 TPMS 구조로 직접 흐릅니다.
실험 정확도에 미치는 영향
측정 오류 감소
페이스트 없이 표면 간 접촉에 의존하면 온도 판독값이 소스에서 인위적으로 높고 싱크에서 낮게 나타납니다. 이는 실험의 유효성을 망치는 거짓 델타를 만듭니다.
실제 방열 용량 반영
열교환기를 제대로 평가하려면 장비의 비효율성이 아닌 장치의 성능을 측정해야 합니다. 페이스트를 적용하면 표면 온도 데이터가 구조의 실제 열 방출 용량을 반영하도록 보장합니다.
피해야 할 일반적인 함정
"많을수록 좋다"는 잘못된 통념
간극을 채우는 것이 중요하지만 너무 많은 페이스트를 사용하면 새로운 문제가 발생합니다. 두꺼운 페이스트 층은 부품 사이에 물리적인 거리를 만들어 자체적인 열 저항을 추가합니다.
불균일한 도포
일관성 없는 도포는 특정 영역에 공기 주머니가 갇히게 할 수 있습니다. 이는 국부적인 과열 지점과 테스트 섹션 전체에 걸쳐 일관성 없는 데이터를 유발합니다.
신뢰할 수 있는 결과 보장
열 실험의 정확도를 극대화하려면 다음 원칙을 적용하십시오.
- 데이터 무결성이 주요 초점인 경우: 서멀 페이스트를 적용하여 측정값이 인터페이스의 결함이 아닌 열교환기의 물리 법칙을 반영하도록 하십시오.
- 설치가 주요 초점인 경우: 미세한 공극을 채우면서 부피를 추가하지 않도록 가능한 가장 얇은 층을 목표로 하여 100% 표면 커버리지를 달성하십시오.
목표는 열 절연체(공기)를 열 전도체로 대체하여 인터페이스가 열 흐름에 보이지 않도록 하는 것입니다.
요약 표:
| 특징 | 공기 간극 (건식 접촉) | 서멀 페이스트 적용 |
|---|---|---|
| 열 전도율 | 매우 낮음 (절연체) | 높음 (전도체) |
| 인터페이스 접촉 | 미세한 봉우리만 해당 | 연속적인 열 다리 |
| 열 저항 | 높은 접촉 저항 | 최소화된 저항 |
| 데이터 정확도 | 왜곡됨 (인위적인 델타) | 높음 (실제 성능) |
| 열 흐름 | 차단됨/불규칙함 | 부드럽고 효율적 |
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참고문헌
- Gülenay Alevay Kılıç. Performance Evaluation of Triply Periodic Minimal Surface Heat Exchangers Using Nanofluids at High Flow Rates for Enhanced Energy Efficiency. DOI: 10.3390/app15084140
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