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赵惇殳-电子设备热控制技术

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机壳热设计
机壳通风孔面积

机壳热设计
  电子设备的机壳是接受内部热量,并将其散发到周围环境中去的一个重要组成部分。机壳的热设计在采用自然冷却和一些密封式的电子设备中
显得格外重要。为了说明机壳结构对电子设备温度的影响,可以通过图3所示的实验装置加以说明。其中热源为80W,位于实验装置的中心位置,
机壳用各种不同结构形式的铝板制成,可进行任意组合,以便满足不同结构形式的需要,实验装置尺寸为404×304×324mm。

  (1) 增加机壳内外表面的黑度、开通风孔等,都能降低电子元器件的温度。
  (2) 比较试验2和试验6,机壳内外表面高黑度的散热效果比低黑度开通风孔的散热
  效果好,以试验1为为基准,内外表面高黑度时,内部平均温度降低约20℃,而低黑度有通风孔时,温度只
降低8℃左右。
  (3) 机壳两侧均为高黑度的散热效果优于只是一侧高黑度时的散热效果,提高外表面
  的黑度是降低机壳表面温度的有效方法。
  (4) 在机壳内外表面增加黑度的基础上,合理地改进通风结构,加强冷却空气的对流,可以明显地降低设备内部的温度。

开通风孔的基本原则
  通风孔要有利于气流形成有效的自然对流通道
  通风孔尽量对准发热元器件
  进风孔与出风孔要远离,防止气流短路,开在温差较大的相应位置,进风孔尽量低,出风孔则尽量高
  进风孔要注意防尘和电磁泄漏

热屏蔽
  尽可能将热通路直接连接到热沉
  减少高温与低温元器件之间的辐射耦合,加热屏蔽板,形成热区和冷区
  尽量降低空气的温度梯度
  将高温元器件安装在内表面高黑度,外表面低黑度的机壳中。

  1)邻近的垂直发热表面(图3-2a) d/L=0.25;
  2)邻近的垂直发热表面与冷表面(图3-2b)dmi =2.5(cm);
  3)邻近的水平发热圆柱体和冷的上表面之间(图3-2c) d/D=0.85;
  4)邻近的水平发热圆柱体和冷的垂直表面之间(图3-2d) d/D=0.7;
  5)邻近的水平发热圆柱体和冷的水平表面之间(图3-2e) d/D=0.65。

PCB自然冷却热设计
印制线(导体)尺寸的确定
PCB上元器件热安装技术
尽量利用DIP的引线导热
粘接技术
采用散热PCB(导热条、导热板、夹芯板)冷热分区排列
元件排列方向有利于气流流动与冷却(阻力)减小元件热应变的安装技术导轨热设计

 电子设备强迫空气冷却
单个元件风冷
整机鼓风冷却
整机抽风冷却
 整机抽风冷却
  有风道与无风道两种
  适用于热量比较分散的整机
  抽风冷却特点:风量大,风压小,各部分
风量比较均匀
  风机位置一般安装在机柜的顶部或上侧面
整机鼓风冷却
  有鼓风管道与无鼓风管道两种
  适用于整机内热量分布不均匀,热量集
中,阻力大的整机
  鼓风的特点:风压大,风量比较集中
  风机的位置在机箱的下侧部或低部
通风机的选择
种类、特点
工作点
特性曲线
通风机串联
通风机并联
 
通风机分类 通风机的叶轮类型 通风机特性曲线 通风机串、并联特性曲线
结构因素对风冷效果影响
通风机位置
元件的排列
风道结构形式
热源位置
紊流器与波纹板
漏风的影响
 
直接强迫液体冷却
  由于液体的导热系数及比热均比空气大,因此,利用液体冷却可以很好地降低相关换热环节的热阻,提高其冷却效率。很多大功率发热器件及设备(如雷达发射机的速调管、行波管、磁控管、密封的高性能机载计算机等)的冷却都采用这种方法。液体冷却可分为直接冷却和间接冷却两种,其热计算类似于强迫风冷的计算。液体冷却系统需要一个用来两次冷却冷却液的热交换器及驱使冷却液流动的泵。液体冷却系统冷却液的选择直接影响冷却效果。该冷却方法的缺点是系统复杂,体积和重量较大,设备费用较高,维修难。

电子设备液体冷却
直接液体冷却
蒸汽不再循环
有搅动
发热元器件浸入冷却液(无蒸发)
蒸汽再循环
元器件或组件浸入冷却液(有蒸发)
TCM技术
无搅动
间接液体冷却
冷板技术(液冷)
 泵和热交换器
泵的选择
流量
压力
离心泵
泵的种类
齿轮泵
轴流式泵
热交换器的种类
列管间壁式
顺流逆流叉流往复流
紧凑式
单流体冷板
 
(1)由已知条件,由热平衡方程,求另一个未知温度
(2)求△tm
(5)核算流体阻力
(4)由传热方程求换热面积A
(3)布置换热面,计算传热系数K
(6)若阻力偏大,则重新设计
对数平均温差法

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