電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)培訓(xùn)資料ppt課件

1、1電子設(shè)備熱控制技術(shù) 2007年8月北京2電子設(shè)備熱控制電子設(shè)備熱控制(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))技術(shù)技術(shù)熱設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)熱設(shè)計(jì)基本原理熱設(shè)計(jì)基本原理液體冷卻液體冷卻強(qiáng)迫風(fēng)冷強(qiáng)迫風(fēng)冷自然冷卻自然冷卻蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)冷卻熱電致冷熱電致冷熱管傳熱熱管傳熱熱測試技術(shù)熱測試技術(shù)低熱阻及高效熱控制技術(shù)低熱阻及高效熱控制技術(shù)3電子設(shè)備熱電子設(shè)備熱(控制控制)設(shè)計(jì)參考資料設(shè)計(jì)參考資料1、電子設(shè)備熱控制與分析電子設(shè)備熱控制與分析2、電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理5、GJB/Z27電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)4、微電子設(shè)備的換熱微電子設(shè)備的換熱3、電子設(shè)備冷卻技術(shù)電子設(shè)備冷卻技術(shù)6、Thermal comput

2、ation of Electronic Equipment7、電子機(jī)器的熱對策電子機(jī)器的熱對策（日文）（日文）4熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)介紹熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)介紹國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7423,GB/T12992,GB/T14278,GB/T15428)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)(GJB/Z27)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SJ2709,SJ3230,SJ/T10158,QJ1474)行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)美國熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)美國熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(MIL-HDBK-251, TR-82-172,MIL-T-23103A)5芯片與器件的熱流密度增長趨勢芯片與器件的熱流密度增長趨勢1031021010.1110100面積/cm2功耗/W多芯

3、片模塊芯片模塊電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)目的電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)目的 為芯片級、元件級、組件級及系統(tǒng)級提供良好的熱環(huán)境為芯片級、元件級、組件級及系統(tǒng)級提供良好的熱環(huán)境保證芯片級、元件級、組件級及系統(tǒng)級的熱可靠性保證芯片級、元件級、組件級及系統(tǒng)級的熱可靠性防止電子元器件的熱失效防止電子元器件的熱失效6;.7電子設(shè)備熱環(huán)境電子設(shè)備熱環(huán)境環(huán)境溫度和壓力（或高度）的極限值及變化率環(huán)境溫度和壓力（或高度）的極限值及變化率太陽或周圍物體的輻射值太陽或周圍物體的輻射值地面設(shè)備：周圍空氣溫度、濕度、氣壓、空氣流地面設(shè)備：周圍空氣溫度、濕度、氣壓、空氣流 速，周圍物體形狀和黑度，日光照射速，周圍物體形狀和黑度，日光照射冷卻劑種類

4、冷卻劑種類可利用的熱沉可利用的熱沉機(jī)載設(shè)備：飛行高度、飛行速度、安裝位置，有機(jī)載設(shè)備：飛行高度、飛行速度、安裝位置，有 無空調(diào)艙，周圍空氣溫度、速度等無空調(diào)艙，周圍空氣溫度、速度等艙船設(shè)備：周圍空氣溫度、濕度，有無淡水，艙艙船設(shè)備：周圍空氣溫度、濕度，有無淡水，艙 室溫度，日照情況等室溫度，日照情況等8熱控制熱控制(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))基本要求基本要求滿足可靠性要求滿足可靠性要求 (基本失效率基本失效率,溫度溫度T,和電應(yīng)力比和電應(yīng)力比s,GJB/Z299)滿足熱環(huán)境的要求滿足熱環(huán)境的要求與維修性設(shè)計(jì)相結(jié)合，易維修與維修性設(shè)計(jì)相結(jié)合，易維修與電路設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行與電路設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行滿足對冷卻系統(tǒng)的限制要求滿足

5、對冷卻系統(tǒng)的限制要求根據(jù)根據(jù)、MTBFtayt經(jīng)濟(jì)性、安全性等，選擇冷卻方法經(jīng)濟(jì)性、安全性等，選擇冷卻方法尺寸、重量、冷卻所需功、尺寸、重量、冷卻所需功、9熱控制熱控制(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))基本原則基本原則保證良好的冷卻功能保證良好的冷卻功能(可用性與微氣候可用性與微氣候)保證可靠性保證可靠性良好的經(jīng)濟(jì)性良好的經(jīng)濟(jì)性(性價(jià)比性價(jià)比)良好的維修性良好的維修性有良好的適應(yīng)性有良好的適應(yīng)性(相容性相容性)10冷卻方法選擇（冷卻方法選擇（1）自然散熱（對流和輻射）自然散熱（對流和輻射）強(qiáng)迫風(fēng)冷強(qiáng)迫風(fēng)冷浸沒自然對流冷卻浸沒自然對流冷卻強(qiáng)迫水冷強(qiáng)迫水冷浸沒沸騰冷卻浸沒沸騰冷卻10241024622410346824

6、68224 6810-11001010-221溫升溫升表面熱流密度表面熱流密度 W/cm211冷卻方法選擇（冷卻方法選擇（2）空氣空氣空氣空氣介質(zhì)液體介質(zhì)液體水水介質(zhì)液體介質(zhì)液體水水介質(zhì)液體介質(zhì)液體自然散熱自然散熱強(qiáng)迫對流強(qiáng)迫對流蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)冷卻1.16311.63116.3116311630傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)W/m2空氣流速空氣流速 315m/S流體流速流體流速 0.31.5m/S12電子設(shè)備熱控制電子設(shè)備熱控制(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)傳熱學(xué)傳熱學(xué) ( 傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算,計(jì)算計(jì)算傳熱學(xué)傳熱學(xué))流體力學(xué)流體力學(xué) ( 阻力計(jì)算阻力計(jì)算)輻射輻射對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱 )( )(21wttwwkL)(

7、 )(wttAhfwc )( 67. 54100410021wATT 導(dǎo)導(dǎo) 熱熱單層平壁導(dǎo)熱單層平壁導(dǎo)熱導(dǎo)熱基本定律導(dǎo)熱基本定律溫度場溫度場 )( wkAnt)( )t-(t w2w1wkA)( 21wCRkAtttww導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻13;.多層平壁導(dǎo)熱多層平壁導(dǎo)熱單層圓筒壁導(dǎo)熱單層圓筒壁導(dǎo)熱)( )(ln22112wttrrklww)( 111wniiiiwiwAktt )t -t (1wiw1ln1211niiiirrkl多層圓筒壁導(dǎo)熱多層圓筒壁導(dǎo)熱14;.15接觸熱阻的影響因素接觸熱阻的影響因素接觸表面接觸點(diǎn)的數(shù)量、形狀、大小及分布規(guī)律接觸表面接觸點(diǎn)的數(shù)量、形狀、大小及分布規(guī)律接觸表面

8、的幾何形狀（波紋度和粗糙度）接觸表面的幾何形狀（波紋度和粗糙度）接觸表面的硬度接觸表面的硬度間隙中介質(zhì)種類（真空、液體、氣體等）間隙中介質(zhì)種類（真空、液體、氣體等）非接觸間隙的平均厚度非接觸間隙的平均厚度接觸表面的壓力大小接觸表面的壓力大小接觸表面的氧化程度和清潔度接觸表面的氧化程度和清潔度接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù)接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù)16減小接觸熱阻的方法減小接觸熱阻的方法加一薄紫銅片或延展好的高導(dǎo)熱系數(shù)材料加一薄紫銅片或延展好的高導(dǎo)熱系數(shù)材料加低熔點(diǎn)合金（銦合金）加低熔點(diǎn)合金（銦合金）提高界面間的接觸壓力提高界面間的接觸壓力2200cmN在接觸表面涂一薄層導(dǎo)熱脂（膏）在接觸表面涂一薄層導(dǎo)熱脂（膏）1

9、7導(dǎo)熱膏導(dǎo)熱膏(脂、膠脂、膠)1.SZ(中溫中溫)高效導(dǎo)熱脂高效導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù):k=0.467w/mc2.GWC型導(dǎo)熱膠型導(dǎo)熱膠導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù):k=0.5w/mc3.GB-51導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù): k=0.7w/mc4.L-11導(dǎo)熱絕緣膠導(dǎo)熱絕緣膠導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù): k=1.1635w/mc18接觸熱阻與表面粗糙度接觸熱阻與表面粗糙度接觸壓力的關(guān)系接觸壓力的關(guān)系接觸熱阻/（W-1cm2） 1234500.51.01.52.0接觸壓力/MPa表面粗糙度/m鋼鋁3.03.01 . 650 . 2519對流換熱影響因素對流換熱影響因素流體流動(dòng)發(fā)生的原因流體流動(dòng)發(fā)生的原因(自然對流

10、與強(qiáng)迫自然對流與強(qiáng)迫對流對流)流體流動(dòng)的狀態(tài)流體流動(dòng)的狀態(tài)(層流與紊亂流層流與紊亂流)換熱面的幾何形狀和位置換熱面的幾何形狀和位置(平板平板,圓管圓管,肋面與橫放肋面與橫放,豎放豎放,水水平或垂直等平或垂直等)流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)(導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù),比熱比熱,密度密度,黏度等黏度等)20對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù))(fwcttAh對流換熱現(xiàn)象對流換熱現(xiàn)象換熱系數(shù)換熱系數(shù)空氣自然對流空氣自然對流310氣體強(qiáng)迫對流氣體強(qiáng)迫對流20100水自然對流水自然對流2001000水強(qiáng)迫對流水強(qiáng)迫對流100015000水沸騰水沸騰200025000高壓水蒸汽強(qiáng)迫對流高壓水蒸汽強(qiáng)迫對流5003500水蒸汽

11、凝結(jié)水蒸汽凝結(jié)50001500021對流換熱計(jì)算對流換熱計(jì)算準(zhǔn)則數(shù)準(zhǔn)則數(shù) 名稱名稱 物理意義物理意義換熱強(qiáng)弱努謝爾特?cái)?shù)） ( kDhucN粘性力慣性力 ( 雷諾數(shù)）wDeR223 ( 粘性力慣性力浮升力格拉曉夫數(shù)）tgDrG流體特性參數(shù)普朗特?cái)?shù)） ( rPUfeDDHL4、定性溫度：定性溫度：特征尺寸特征尺寸fmtt 、22nmrrumPGcN)(fwccttAh準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程rrPG豎放平豎放平板柱體板柱體 水平板水平板(熱面朝上熱面朝上) 水平板水平板(熱面朝下熱面朝下)109109210721073105 31010流態(tài)流態(tài)層流層流紊流紊流層流層流紊流紊流層流層流C0.100.590.

12、540.150.27n1/41/31/41/31/4特征尺寸特征尺寸高度高度正方形取邊長正方形取邊長圓盤取圓盤取0.901狹長條取短邊狹長條取短邊矩形矩形L=2ab/(a+b)自然對流換熱計(jì)算自然對流換熱計(jì)算23管內(nèi)流動(dòng)管內(nèi)流動(dòng)4 .08 .0023.0rfefufPRN)(fwccttAh 14.03186.1wfuuldrfefufPRNfwccttAh定性溫度定性溫度: 流體平均溫度流體平均溫度特征尺寸特征尺寸: 管子內(nèi)徑或當(dāng)量直徑管子內(nèi)徑或當(dāng)量直徑410eR紊流紊流準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程層流層流準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程注注:上述公式或適用于直管、長管上述公式或適用于直管、長管50dl否則要乘相應(yīng)修正

13、系數(shù)否則要乘相應(yīng)修正系數(shù)強(qiáng)迫對流換熱強(qiáng)迫對流換熱 5 . 0fffttt2300eR248 .0032.0fufRN5.066.0efufRNfwcttAh定性溫度定性溫度: 特征尺寸特征尺寸: 流體流動(dòng)方向板或柱體的長度流體流動(dòng)方向板或柱體的長度L510eR紊流紊流準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程層流層流準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程強(qiáng)迫對流換熱計(jì)算強(qiáng)迫對流換熱計(jì)算 5.0fffttt沿平板流動(dòng)（或沿柱體軸線流動(dòng)）沿平板流動(dòng)（或沿柱體軸線流動(dòng)）510eR25輻射換熱的基本概念輻射換熱的基本概念吸收率吸收率反射率反射率穿透率穿透率26輻射換熱的基本定律輻射換熱的基本定律普朗克定律普朗克定律四次方定律四次方定律基爾霍夫定律基

14、爾霍夫定律實(shí)際物體的輻射和吸收實(shí)際物體的輻射和吸收黑體的輻射黑體的輻射角系數(shù)角系數(shù)交叉線法交叉線法斷面的長度表面不交叉線之和交叉線之和1212F2711111) 11(rrEE)100()100(67.5424112TTAxt111121xt有效輻射有效輻射平行平板間的輻射換熱平行平板間的輻射換熱28(w) 67.54100410021TTA輻射換熱計(jì)算輻射換熱計(jì)算黑度黑度: 主要取決于物體表面狀態(tài)主要取決于物體表面狀態(tài)熱阻網(wǎng)絡(luò)計(jì)算法熱阻網(wǎng)絡(luò)計(jì)算法 (兩個(gè)表面以上的輻射計(jì)算兩個(gè)表面以上的輻射計(jì)算)表面熱阻表面熱阻11111ArbEE1bErE1111A空間熱阻空間熱阻112121ArrEE12

15、1rE2rE1211A兩表面間兩表面間1rE2rE1111A1bE2bE1211A2221A2921211 2111ffcffttAkttAchkLAch傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算熱流體熱流體冷流體冷流體固體壁固體壁(平壁或圓筒平壁或圓筒)1wt2wtAhc111ft2ftkAAhc 211ft2ft1wt2wtk1ch2chox30(w) 2211221111AchddnkLAchl圓筒壁圓筒壁1ft2ft122ddnkLl1wt2wtAhc11Ahc 212r1r2ft2wt1wt1ftxok2ch1ch31221111121AchkAAchfftt肋壁傳熱肋壁傳熱k2ch1ch1ft2ft2wt1

16、wt1A2A1ft2ft1wt2wt肋效率：肋效率：mlmlth32熱熱 阻阻輻射熱阻輻射熱阻對流熱阻對流熱阻導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻 )( WCkAtR)( 1WCAhtcR)( 1WCAhtcfR接觸傳熱接觸傳熱2122 212121wwacttAkAkAkttttAkvwwvfcvcvww33自然冷卻設(shè)計(jì)原則自然冷卻設(shè)計(jì)原則（1）提高設(shè)備內(nèi)部電子元件向機(jī)殼的傳熱能力）提高設(shè)備內(nèi)部電子元件向機(jī)殼的傳熱能力（2）提高機(jī)殼向外界的傳熱能力）提高機(jī)殼向外界的傳熱能力（3）盡量降低傳熱路徑各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻，形成一條低熱阻熱流通路）盡量降低傳熱路徑各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻，形成一條低熱阻熱流通路34電子設(shè)備自然冷卻設(shè)計(jì)

17、技術(shù)電子設(shè)備自然冷卻設(shè)計(jì)技術(shù)自然冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素自然冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素機(jī)殼熱設(shè)計(jì)機(jī)殼熱設(shè)計(jì)機(jī)殼通風(fēng)孔面積機(jī)殼通風(fēng)孔面積機(jī)殼表面處理機(jī)殼表面處理)(cm 2104 . 705 . 150tHA35機(jī)殼熱設(shè)計(jì)機(jī)殼熱設(shè)計(jì)電子設(shè)備的機(jī)殼是接受內(nèi)部熱量，并將其散發(fā)到周圍環(huán)境中去的一個(gè)重要組成部分。機(jī)殼的熱設(shè)計(jì)在采用自然冷卻和一些密封式的電子設(shè)備中顯得格外重要。為了說明機(jī)殼結(jié)構(gòu)對電子設(shè)備溫度的影響，可以通過圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置加以說明。其中熱源為80W，位于實(shí)驗(yàn)裝置的中心位置，機(jī)殼用各種不同結(jié)構(gòu)形式的鋁板制成，可進(jìn)行任意組合，以便滿足不同結(jié)構(gòu)形式的需要，實(shí)驗(yàn)裝置尺寸為404304324mm。ABHIJKC

18、DE36(1) 增加機(jī)殼內(nèi)外表面的黑度、開通風(fēng)孔等，都能降低電子元器件的溫度。(2) 比較試驗(yàn)2和試驗(yàn)6，機(jī)殼內(nèi)外表面高黑度的散熱效果比低黑度開通風(fēng)孔的散熱效果好，以試驗(yàn)1為為基準(zhǔn)，內(nèi)外表面高黑度時(shí)，內(nèi)部平均溫度降低約20，而低黑度有通風(fēng)孔時(shí)，溫度只降低8左右。(3) 機(jī)殼兩側(cè)均為高黑度的散熱效果優(yōu)于只是一側(cè)高黑度時(shí)的散熱效果，提高外表面的黑度是降低機(jī)殼表面溫度的有效方法。(4) 在機(jī)殼內(nèi)外表面增加黑度的基礎(chǔ)上，合理地改進(jìn)通風(fēng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)冷卻空氣的對流，可以明顯地降低設(shè)備內(nèi)部的溫度。37開通風(fēng)孔的基本原則開通風(fēng)孔的基本原則通風(fēng)孔要有利于氣流形成有效的自然對流通道通風(fēng)孔要有利于氣流形成有效的自然對

19、流通道通風(fēng)孔盡量對準(zhǔn)發(fā)熱元器件通風(fēng)孔盡量對準(zhǔn)發(fā)熱元器件進(jìn)風(fēng)孔與出風(fēng)孔要遠(yuǎn)離，防止氣流短路，開在溫差較大的相應(yīng)位置，進(jìn)風(fēng)孔盡量進(jìn)風(fēng)孔與出風(fēng)孔要遠(yuǎn)離，防止氣流短路，開在溫差較大的相應(yīng)位置，進(jìn)風(fēng)孔盡量低，出風(fēng)孔則盡量高低，出風(fēng)孔則盡量高進(jìn)風(fēng)孔要注意防塵和電磁泄漏進(jìn)風(fēng)孔要注意防塵和電磁泄漏38熱屏蔽熱屏蔽盡可能將熱通路直接連接到熱沉盡可能將熱通路直接連接到熱沉減少高溫與低溫元器件之間的輻射耦合，加熱屏蔽板，形成熱區(qū)和冷區(qū)減少高溫與低溫元器件之間的輻射耦合，加熱屏蔽板，形成熱區(qū)和冷區(qū)盡量降低空氣的溫度梯度盡量降低空氣的溫度梯度將高溫元器件安裝在內(nèi)表面高黑度，外表面低黑度的機(jī)殼中。將高溫元器件安裝在內(nèi)表面

20、高黑度，外表面低黑度的機(jī)殼中。39PCB自然冷卻熱設(shè)計(jì)自然冷卻熱設(shè)計(jì)印制線（導(dǎo)體）尺寸的確定印制線（導(dǎo)體）尺寸的確定PCB上元器件熱安裝技術(shù)上元器件熱安裝技術(shù)盡量利用盡量利用DIP的引線導(dǎo)熱的引線導(dǎo)熱粘接技術(shù)粘接技術(shù)采用散熱采用散熱PCB（導(dǎo)熱條、導(dǎo)熱板、夾芯板）（導(dǎo)熱條、導(dǎo)熱板、夾芯板）冷熱分區(qū)排列冷熱分區(qū)排列元件排列方向有利于氣流流動(dòng)與冷卻（阻力）元件排列方向有利于氣流流動(dòng)與冷卻（阻力）減小元件熱應(yīng)變的安裝技術(shù)減小元件熱應(yīng)變的安裝技術(shù)導(dǎo)軌熱設(shè)計(jì)導(dǎo)軌熱設(shè)計(jì)40內(nèi)導(dǎo)體寬內(nèi)導(dǎo)體寬B/mm0.11.02.05.05 1050100 20030040000.51.02.05.010121020304

21、060允許電流允許電流/A導(dǎo)體面積導(dǎo)體面積A/10-3m210.50.3070m35 m17.5 m印制導(dǎo)體尺寸與電流、溫升的關(guān)系印制導(dǎo)體尺寸與電流、溫升的關(guān)系41706560655570501201009080（a）金屬夾芯印制）金屬夾芯印制板板（b）普通印制板）普通印制板PCB溫度分布溫度分布42消除熱應(yīng)力的元件安裝方法消除熱應(yīng)力的元件安裝方法（a）（c）（b）43導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式30.5km015.2km條件條件(B)(A)(D)各種導(dǎo)軌的熱阻值各種導(dǎo)軌的熱阻值(.mm/W)(C)2672032031534648305394（a）（b）（c）（d）44PCB熱計(jì)算熱計(jì)算均勻熱負(fù)荷

22、導(dǎo)熱條熱計(jì)算均勻熱負(fù)荷導(dǎo)熱條熱計(jì)算普通普通PCB熱計(jì)算熱計(jì)算ckALt2maxscsbsbsqRRRR)(PCB 1方阻bbksbR)( 1印制線方阻cckscR面積百分比印制線占 PCB :45BLRsqt8maxLhRchLBhsqct5 . 0212max5 . 01BLsqchLBRt57.118max1 FEtLBhRcsq0785. 012maxBRhchLsqcE5.0215.02LRhchBsqcF5.0215.020chBL(1)0ch(2)0ch(3)0ch(4)46半導(dǎo)體用散熱器熱計(jì)算半導(dǎo)體用散熱器熱計(jì)算max ) 1 (最大功耗jmax )2(tcsRRbR ) 3(h

23、A1fR )4(atjtftfRbRbR47集成電路的熱分析集成電路的熱分析離散熱源產(chǎn)生的收縮效應(yīng)離散熱源產(chǎn)生的收縮效應(yīng)（1）無限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源）無限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源（3）長窄條熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上）長窄條熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上（2）有限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源）有限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源cjTTT0（4）短而窄熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上）短而窄熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上jTcT0T表面溫度表面溫度482r12r22bl2a2a2d2b2cr(a)(d)(c)(b)（A）圓形熱源的收縮效應(yīng)）圓形熱源的收縮效應(yīng)（B）窄條熱源的收縮效應(yīng)）窄條熱源的收縮效應(yīng)49r1-熱源半徑，熱源半徑， r2-圓柱半

24、徑圓柱半徑長窄條熱源長窄條熱源krtc12收縮效應(yīng)收縮效應(yīng)有限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì)有限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì)無限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì)無限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì)5 . 1211)1 (2rrkrtc)2sin(1lnbalktc50短窄條熱源短窄條熱源321cccctttt其中其中221)sin(2mbamacbkt1222)sin(2mmbdmabckt112223)()()sin()sin(22mncnbmnmbamcdnadkt2a-熱源寬度，熱源寬度，2b-窄條寬度，窄條寬度，l-窄條長度窄條長度2d窄條熱源長度，窄條熱源長度，2c短條長度短條長度51典型微電路組裝圖典型微電路組裝圖陶瓷基板陶瓷基板芯片芯片0.02

25、032mm粘結(jié)劑粘結(jié)劑0.00254mm基板基板0.0508mm環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂0.0127mm柯伐合金柯伐合金0.00254mm導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱脂0.0127mm5.083.8120.3215.24ABCD（a）（b）52芯片結(jié)到外殼的傳熱芯片結(jié)到外殼的傳熱CURCHRCDOREURCHRCDARALREPRKORSGREURCHRCOBREURCHRCDORCCRCARCBRCDRC2.52WA3.24WB2.81WD3.03W551t2t3t4t53電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻單個(gè)元件風(fēng)冷單個(gè)元件風(fēng)冷整機(jī)鼓風(fēng)冷卻整機(jī)鼓風(fēng)冷卻整機(jī)抽風(fēng)冷卻整機(jī)抽風(fēng)冷卻54整機(jī)抽風(fēng)冷卻整機(jī)抽風(fēng)冷卻有風(fēng)道

26、與無風(fēng)道兩種有風(fēng)道與無風(fēng)道兩種適用于熱量比較分散的整機(jī)適用于熱量比較分散的整機(jī)抽風(fēng)冷卻特點(diǎn)：風(fēng)量大，風(fēng)壓小，各部分風(fēng)量比較均勻抽風(fēng)冷卻特點(diǎn)：風(fēng)量大，風(fēng)壓小，各部分風(fēng)量比較均勻風(fēng)機(jī)位置一般安裝在機(jī)柜的頂部或上側(cè)面風(fēng)機(jī)位置一般安裝在機(jī)柜的頂部或上側(cè)面55整機(jī)鼓風(fēng)冷卻整機(jī)鼓風(fēng)冷卻有鼓風(fēng)管道與無鼓風(fēng)管道兩種有鼓風(fēng)管道與無鼓風(fēng)管道兩種適用于整機(jī)內(nèi)熱量分布不均勻，熱量集中，阻力大的整機(jī)適用于整機(jī)內(nèi)熱量分布不均勻，熱量集中，阻力大的整機(jī)鼓風(fēng)的特點(diǎn)：風(fēng)壓大，風(fēng)量比較集中鼓風(fēng)的特點(diǎn)：風(fēng)壓大，風(fēng)量比較集中風(fēng)機(jī)的位置在機(jī)箱的下側(cè)部或低部風(fēng)機(jī)的位置在機(jī)箱的下側(cè)部或低部56大機(jī)柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻大機(jī)柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷

27、卻出風(fēng)口出風(fēng)口外部對流外部對流外部輻射外部輻射內(nèi)部對流內(nèi)部對流風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)濾塵器濾塵器空氣入口空氣入口大機(jī)柜大機(jī)柜PCB57熱計(jì)算熱計(jì)算32kCpcpGJCh1800Re200 當(dāng)98.06 8eRJ 時(shí)長寬比大于98. 07 . 2eRJ 正方形風(fēng)道54102 . 1Re10 當(dāng)2 .0023.0eRJ wAWG ftCQWp58每厘米每厘米7個(gè)肋片（鋁）個(gè)肋片（鋁）160入口入口出口出口元器件元器件0.6多層印制板多層印制板0.954.8941.20.233100空芯空芯PCB風(fēng)冷風(fēng)冷59用速度頭表示電子機(jī)箱的壓降。與速度的關(guān)系為用速度頭表示電子機(jī)箱的壓降。與速度的關(guān)系為22VHcmH O12

28、77沒有空氣流動(dòng)的增壓電子機(jī)箱沒有空氣流動(dòng)的增壓電子機(jī)箱無空氣流動(dòng)無空氣流動(dòng)（3.53cmH2O） （0cmH2O） （3.53cmH2O）Ht（總壓頭）（總壓頭） Hv（速度頭）（速度頭）Hs（靜壓頭）（靜壓頭）=+（3.518g/cm2）1.39in1.39in060鼓風(fēng)通過電子機(jī)箱時(shí)的壓頭特性鼓風(fēng)通過電子機(jī)箱時(shí)的壓頭特性電子機(jī)箱抽風(fēng)時(shí)的壓頭特性電子機(jī)箱抽風(fēng)時(shí)的壓頭特性（3.53cmH2O） （2.54cmH2O）（0.39cmH2O）Ht（總壓頭）（總壓頭） Hv（速度頭）（速度頭）Hs（靜壓頭）（靜壓頭）=+1.0in1.39in0.39in吹風(fēng)空氣流速吹風(fēng)空氣流速V=4005ft/m

29、in空氣進(jìn)口空氣進(jìn)口空氣出口空氣出口（-0.99cmH2O）（2.54cmH2O） （-3.53cmH2O）Ht（總壓頭）（總壓頭） Hv（速度頭）（速度頭）Hs（靜壓頭）（靜壓頭）=+1.0in-0.39in1.39in抽風(fēng)空氣流速抽風(fēng)空氣流速V=4005ft/min空氣出口空氣出口空氣進(jìn)口空氣進(jìn)口61PCB組件風(fēng)冷組件風(fēng)冷出口出口PCB2.5空氣入口空氣入口軸流風(fēng)機(jī)軸流風(fēng)機(jī)雛形風(fēng)道雛形風(fēng)道機(jī)殼機(jī)殼200(1)(2)(3)(4)(5)(6)62PCB之間間隙形成的冷卻通道之間間隙形成的冷卻通道印制電路板印制電路板a=230mmb=200mm空氣流向空氣流向d=2.5mm管道縱橫比管道縱橫比a

30、23092d2.563各個(gè)部件的壓頭各個(gè)部件的壓頭（a）伸出管道，不良進(jìn)口）伸出管道，不良進(jìn)口（b）傾斜邊緣，良好進(jìn)口）傾斜邊緣，良好進(jìn)口4828輕型葉翼軸式風(fēng)扇的空氣流通橫截面（類似于輕型葉翼軸式風(fēng)扇的空氣流通橫截面（類似于Rotron Aximax2）88100R=6點(diǎn)點(diǎn)2處的空氣流通橫截面處的空氣流通橫截面點(diǎn)點(diǎn)3處的空氣流通橫截面處的空氣流通橫截面127mm面積面積=967.74mm27.62mm分配冷空氣到印制電路板管道的進(jìn)氣槽分配冷空氣到印制電路板管道的進(jìn)氣槽1.524mm152.4mm面積面積=232.2mm264各種形狀進(jìn)口的損失各種形狀進(jìn)口的損失通道形式通道形式說明說明速度頭（

31、速度頭（HV）損失數(shù)損失數(shù)普通管道端普通管道端0.93法蘭管道端法蘭管道端0.49圓滑進(jìn)口圓滑進(jìn)口0.04伸出進(jìn)口伸出進(jìn)口2.7065表表2第第1點(diǎn)點(diǎn)第第2點(diǎn)點(diǎn)第第3點(diǎn)點(diǎn)第第4點(diǎn)點(diǎn)第第5點(diǎn)點(diǎn)第第6點(diǎn)點(diǎn)A(cm2)V1(cm/s)V2V3HV1(cmH2O)HV2HV31240080012000.0980.3920.88312.837575011250.0860.3450.7769.6549799514900.0750.3030.6812.253056099140.1140.4541.0245.751202393580.00880.0350.07851202393580.00880.0350.0

32、785系統(tǒng)的壓力損失系統(tǒng)的壓力損失表表1通道形式通道形式說明說明速度頭速度頭(HV)損失數(shù)損失數(shù)普通管道端普通管道端發(fā)藍(lán)管道端發(fā)藍(lán)管道端圓滑進(jìn)口圓滑進(jìn)口伸出進(jìn)口伸出進(jìn)口0.040.490.932.70速度頭速度頭66空氣進(jìn)口空氣進(jìn)口空氣出口空氣出口耗散功率耗散功率Q=500W自由流通自由流通面積面積=0.645m2480mm1830mm大型機(jī)柜的抽風(fēng)流動(dòng)大型機(jī)柜的抽風(fēng)流動(dòng)5ft122 空氣出口空氣出口隔板隔板空氣進(jìn)口空氣進(jìn)口（a）耗散功率耗散功率Q=300WA4=100in2A3=50in2A2=100in2A1=50in2122 ta（b）表示大型機(jī)柜流動(dòng)阻力的數(shù)學(xué)模型表示大型機(jī)柜流動(dòng)阻力的

33、數(shù)學(xué)模型67通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)確定通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)確定恒速風(fēng)扇；恒速風(fēng)扇；3相，相，115伏，伏，400周周454 JS馬達(dá)馬達(dá) 15500轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，分，25瓦瓦變速風(fēng)扇（變速風(fēng)扇（Altivar）：單相）：單相400，415YS馬達(dá)馬達(dá)11000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，分，18瓦瓦不穩(wěn)定點(diǎn)不穩(wěn)定點(diǎn)機(jī)箱阻力曲線機(jī)箱阻力曲線543210510152021ABm3/mincmH2O68通風(fēng)機(jī)的選擇通風(fēng)機(jī)的選擇種類、特點(diǎn)種類、特點(diǎn)工作點(diǎn)工作點(diǎn)特性曲線特性曲線通風(fēng)機(jī)串聯(lián)通風(fēng)機(jī)串聯(lián)通風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)機(jī)并聯(lián)691P2P1fQ2fQfQA(單個(gè))B(串聯(lián))C(風(fēng)道特性)靜壓P風(fēng)量風(fēng)量（a）通風(fēng)機(jī)串聯(lián)特性）通風(fēng)機(jī)串聯(lián)特性曲線曲線1fQ2

34、fQfQ1P2P靜壓PA(單個(gè))B(并聯(lián))C(風(fēng)道特性)風(fēng)量風(fēng)量（b）通風(fēng)機(jī)并聯(lián)特性曲）通風(fēng)機(jī)并聯(lián)特性曲線線通風(fēng)機(jī)串、并聯(lián)特性曲線通風(fēng)機(jī)串、并聯(lián)特性曲線70結(jié)構(gòu)因素對風(fēng)冷效果影響結(jié)構(gòu)因素對風(fēng)冷效果影響通風(fēng)機(jī)位置通風(fēng)機(jī)位置元件的排列元件的排列風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式熱源位置熱源位置紊流器紊流器漏風(fēng)的影響漏風(fēng)的影響71好的好的速速度分度分布布出出口口入入口口軸流軸流式式風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)（a）較好的速度分布）較好的速度分布出出口口入入口口軸流軸流式式風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)差的差的速速度分度分布布葉片葉片（b）較差的速度分布）較差的速度分布葉片不同位置的速度分布葉片不同位置的速度分布72入入口口出出口口入入口口出出口口出出

35、口口入入口口出出口口入入口口兩種風(fēng)機(jī)安裝形式的比較兩種風(fēng)機(jī)安裝形式的比較（a）較好）較好（b）較差）較差73風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式的影響風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式的影響入口入口出口出口錐形風(fēng)道錐形風(fēng)道（b）好）好高速高速氣流氣流回流回流低靜壓區(qū)低靜壓區(qū)高靜壓區(qū)高靜壓區(qū)（a）差）差出口出口74機(jī)柜漏風(fēng)的影響機(jī)柜漏風(fēng)的影響（a）密封）密封（b）抽風(fēng)）抽風(fēng)（c）鼓風(fēng)）鼓風(fēng)（d）串聯(lián)）串聯(lián)75風(fēng)冷設(shè)計(jì)基本原則風(fēng)冷設(shè)計(jì)基本原則合理控制氣流和分配氣流合理控制氣流和分配氣流集中熱源，單獨(dú)風(fēng)冷集中熱源，單獨(dú)風(fēng)冷元器件排列原則元器件排列原則力求對氣流的阻力最小力求對氣流的阻力最小進(jìn)出口盡量遠(yuǎn)離，避免風(fēng)流短路進(jìn)出口盡量遠(yuǎn)離，避免風(fēng)流短路

36、76大機(jī)柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻大機(jī)柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻出風(fēng)口出風(fēng)口外部對流外部對流外部輻射外部輻射內(nèi)部對流內(nèi)部對流風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)濾塵器濾塵器空氣入口空氣入口大機(jī)柜大機(jī)柜PCB77熱計(jì)算熱計(jì)算32kCpcpGJCh1800Re200 當(dāng)98.06 8eRJ 時(shí)長寬比大于98. 07 . 2eRJ 正方形風(fēng)道54102 . 1Re10 當(dāng)2 .0023.0eRJ wAWG ftCQWp78 例例 把裝有印制板的屏蔽盒插入大機(jī)柜中進(jìn)行通風(fēng)冷卻。通過屏蔽盒間的冷把裝有印制板的屏蔽盒插入大機(jī)柜中進(jìn)行通風(fēng)冷卻。通過屏蔽盒間的冷卻空氣流速為卻空氣流速為76cm/s，冷空氣的入口溫度為，冷空氣的入口溫度為50。每個(gè)屏

37、蔽盒的尺寸為。每個(gè)屏蔽盒的尺寸為130mm（高）（高）140mm（長）（長）38mm（寬），其損耗功率為（寬），其損耗功率為4W，屏蔽盒的間距為，屏蔽盒的間距為2.5mm，如圖所示。為改進(jìn)屏蔽盒內(nèi)部輻射換熱，盒的內(nèi)側(cè)壁進(jìn)行噴漆處理。試確，如圖所示。為改進(jìn)屏蔽盒內(nèi)部輻射換熱，盒的內(nèi)側(cè)壁進(jìn)行噴漆處理。試確定印制板表面和屏蔽盒表面的熱點(diǎn)溫度。定印制板表面和屏蔽盒表面的熱點(diǎn)溫度。氣隙2.538131276/cm sst140130內(nèi)部輻射熱阻外部熱阻屏蔽蓋內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻PCB4w3R1R2Rptst50ft （a）PCB在屏蔽盒中的位置在屏蔽盒中的位置（b）熱路模型）熱路模型7950ft 220.5 1

38、0 ( )abdmab6218.97 10/vms1005 /()pcJkgP0.696r31.06/kg m17.6 10/wm s3ef67.6 0.5 10R20018.97 10dv130/2.5=5280.98ef6J=0.033R2G=0.806kg/(m s)-2/32cprh =JC G(P )34/()m解：定性溫度解：定性溫度 物性參數(shù)：物性參數(shù)：；。 風(fēng)道的長寬比風(fēng)道的長寬比 故故特征尺寸：當(dāng)量直徑特征尺寸：當(dāng)量直徑；50ft 80-422A=13 14 101.82 10 m3R3c1R1.62/Wh Ast33t4 1.626.5R s3t56.5ftt屏蔽盒外側(cè)對流

39、換熱面積屏蔽盒外側(cè)對流換熱面積屏蔽盒外側(cè)對流熱阻屏蔽盒外側(cè)對流熱阻屏蔽盒表面溫度屏蔽盒表面溫度由于盒內(nèi)元件表面至內(nèi)壁之間的間隙很小（由于盒內(nèi)元件表面至內(nèi)壁之間的間隙很?。?3mm），）， 按有限空間處理，假設(shè)按有限空間處理，假設(shè)為為為為32 3r262g t9.81 (1.3 10 )22G28.9v338.5 (19.95 10 )65.5ft 81按近似導(dǎo)熱處理，熱阻按近似導(dǎo)熱處理，熱阻R1為為輻射熱阻輻射熱阻R2為為2121.3 10R = /24.4/2.93 100.13 0.14kAW44212R =6.8/5.67AT 100T 100tWR1與與R2是并聯(lián)熱阻，故總熱阻為是并聯(lián)

40、熱阻，故總熱阻為12t12R RR =5.32/RRW24 5.3221.3ttR 與假設(shè)的溫差與假設(shè)的溫差22接近接近PCB表面溫度為表面溫度為p2t =56.521.377.8stt82電子設(shè)備液體冷卻電子設(shè)備液體冷卻直接液體冷卻直接液體冷卻蒸汽不再循環(huán)蒸汽不再循環(huán)有攪動(dòng)有攪動(dòng)發(fā)熱元器件浸入冷卻液（無蒸發(fā)）發(fā)熱元器件浸入冷卻液（無蒸發(fā)）蒸汽再循環(huán)蒸汽再循環(huán)元器件或組件浸入冷卻液（有蒸發(fā)）元器件或組件浸入冷卻液（有蒸發(fā)）TCM技術(shù)技術(shù)無攪動(dòng)無攪動(dòng)間接液體冷卻間接液體冷卻冷板技術(shù)（液冷）冷板技術(shù)（液冷）83泵和熱交換器泵和熱交換器泵的選擇泵的選擇流量流量壓力壓力離心泵離心泵泵的種類泵的種類齒輪

41、泵齒輪泵軸流式泵軸流式泵熱交換器的種類熱交換器的種類列管間壁式列管間壁式順流順流逆流逆流叉流叉流往復(fù)流往復(fù)流緊湊式緊湊式單流體冷板單流體冷板84熱熱 計(jì)計(jì) 算算傳傳 熱熱冷流體冷流體熱流體熱流體 )( 1111ttCqpm對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 ttnlttmt)(2 222ttCqpmmtkA（適用于順流（適用于順流逆流）逆流）85（1）由已知條件，由熱平衡方程，求另一個(gè)未知溫度由已知條件，由熱平衡方程，求另一個(gè)未知溫度（2）求）求tm（5）核算流體阻力）核算流體阻力（4）由傳熱方程求換熱面積）由傳熱方程求換熱面積A（3）布置換熱面，計(jì)算傳熱系數(shù)）布置換熱面，計(jì)算傳熱系數(shù)K（6）若阻力偏大

42、，則重新設(shè)計(jì)）若阻力偏大，則重新設(shè)計(jì)對數(shù)平均溫差法對數(shù)平均溫差法熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算（熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）86（1）計(jì)算傳熱系數(shù)）計(jì)算傳熱系數(shù)K（2）計(jì)算）計(jì)算NTU及及（5）由熱平衡方程求）由熱平衡方程求（4）計(jì)算傳熱量）計(jì)算傳熱量（3）計(jì)算或查表得有效度）計(jì)算或查表得有效度有效度傳熱單元數(shù)法（有效度傳熱單元數(shù)法（ NTU）maxmin)()(pmpmCqCq2 1tt 、熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算（熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算（2）87冷卻劑冷卻劑物理特性（沸點(diǎn)、冰點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)等）物理特性（沸點(diǎn)、冰點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)等）熱特性熱特性相容性相容性經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性冷卻劑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)冷卻劑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自然對流自然對流強(qiáng)迫對流

43、（層流）強(qiáng)迫對流（層流）強(qiáng)迫對流（紊流）強(qiáng)迫對流（紊流）2.02.02.06.04.01pCk5.02pC7.072.03pC電氣特性（介電強(qiáng)度、體積電阻率、介電常數(shù)等）電氣特性（介電強(qiáng)度、體積電阻率、介電常數(shù)等）)(、pCk88液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）確定冷卻方式，選擇冷卻劑確定冷卻方式，選擇冷卻劑確定流量（或流速）確定流量（或流速）由由t2根據(jù)熱平衡方程確定其流量根據(jù)熱平衡方程確定其流量選擇二次冷卻方式（熱交換器類型）選擇二次冷卻方式（熱交換器類型）確定冷流體在熱交換器中的走向、確定確定冷流體在熱交換器中的走向、確定h1和和h2確定冷、熱流體的溫差（確定冷、熱流體的溫差

44、（t1=710，t2=5）89液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）根據(jù)根據(jù)h1和和h2及及tm,確定確定KA值，進(jìn)行設(shè)計(jì)或選擇值，進(jìn)行設(shè)計(jì)或選擇計(jì)算阻力損失計(jì)算阻力損失選用管路和閥選用管路和閥水套設(shè)計(jì)（發(fā)射管）水套設(shè)計(jì)（發(fā)射管）由流量和阻力損失選泵由流量和阻力損失選泵控制保護(hù)裝置控制保護(hù)裝置90冷冷 板板冷板結(jié)構(gòu)形式冷板結(jié)構(gòu)形式氣冷式氣冷式液冷式液冷式氣冷式冷板氣冷式冷板肋片肋片封端封端平直形肋平直形肋鋸齒形肋鋸齒形肋燕尾形燕尾形燕尾槽形燕尾槽形多孔形肋多孔形肋矩形矩形外凸矩形外凸矩形封端封端底板底板蓋板蓋板肋片肋片91冷板換熱計(jì)算（冷板換熱計(jì)算（1）熱平衡方程熱平衡方程換熱方程換熱方

45、程 mtAh02112tsttstnlttmt)(12ttCqpmNTUlpmssCqAhttttn02121ttttNTUsse settesttNTUNTU11292冷板換熱計(jì)算（冷板換熱計(jì)算（2）冷板總的壓力損失冷板總的壓力損失冷板有效度冷板有效度 112ttttsNTUe11 211121122221121eAAcGkfkpmecRfk eeRfk frcAA（Ac為通道截面積，為通道截面積， Afr為冷板截面積）為冷板截面積）eRff 93冷板校核設(shè)計(jì)（冷板校核設(shè)計(jì)（1）溫升溫升pmcqtGdeR 32rpPJGChmlmlthffkhm2（肋效率）（肋效率）AAff110（總效率）

46、（總效率）94冷板校核設(shè)計(jì)（冷板校核設(shè)計(jì)（2）傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)若不滿足若不滿足（6）（）（7）條件，重新計(jì)算條件，重新計(jì)算pmcqAhNTU0壓力損失壓力損失pp settesttNTUNTU11295初步確定結(jié)構(gòu)形式及尺寸、選肋初步確定結(jié)構(gòu)形式及尺寸、選肋由定性溫度，確定冷卻劑物性參數(shù)由定性溫度，確定冷卻劑物性參數(shù)定性溫度定性溫度 tf=(2ts+t1+t2)/4出口溫度出口溫度 t2 =t1+t冷卻劑溫差冷卻劑溫差通道截面積通道截面積 Ac=b1S2 （S2單位寬度的通道面積）單位寬度的通道面積）pmcqt單位面積質(zhì)量流量單位面積質(zhì)量流量cmAGGdeeR冷板設(shè)計(jì)計(jì)算（冷板設(shè)計(jì)計(jì)算（1

47、）96冷板深度冷板深度 D1=A/S1b1 （S1單位面積的傳熱面積）單位面積的傳熱面積）112tttts壓降壓降 PP32rpPJGChAAff11011NTUe0hcNTUqpmA 比較比較AA ， PP，若不滿足，重新設(shè)定若不滿足，重新設(shè)定b，D值，直至符合要求值，直至符合要求冷板設(shè)計(jì)計(jì)算（冷板設(shè)計(jì)計(jì)算（2）97冷板設(shè)計(jì)例冷板設(shè)計(jì)例已知條件：冷板（單側(cè)）傳熱功率為50W；冷板功率器件表面的ts80；冷板的結(jié)構(gòu)尺寸見圖6-9所示；肋片參數(shù)：尺寸：（lfh）=9.5mm0.2 mm1.4 mm；當(dāng)量直徑dc=2.13mm；單位面積的傳熱面積；單位寬度的通道截面積；冷卻劑為空氣，其入口溫度；冷

48、卻劑流量；通道壓力損失。解：(1)冷板的體積;(2)肋片材料導(dǎo)熱系數(shù);98(1)冷板橫截面積;(2)冷板通道截面積 ;(3)總換熱面積;(4)冷卻劑流量流經(jīng)冷板的流速;流經(jīng)冷板的質(zhì)量流量;(5)冷卻劑溫升;(6)冷卻劑出口溫度 ;(7)定性溫度（取54）；(8)換熱系數(shù)；(9)肋片效率 (10)傳熱單元數(shù)；(11)冷板表面溫度；(12)壓力損失，K c=f(Re,)=1.1（查圖6-6得），Ke=f(Re,) =-0.5（查圖6-7得），f=f(Re) =0.08（查圖6-8得），G2=86.3，。99電子設(shè)備的蒸發(fā)冷卻電子設(shè)備的蒸發(fā)冷卻原理原理蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的組成蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的組成汽汽水兩相冷

49、卻水兩相冷卻蒸發(fā)冷卻的應(yīng)用蒸發(fā)冷卻的應(yīng)用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算超蒸發(fā)冷卻超蒸發(fā)冷卻100熱電致冷的熱計(jì)算熱電致冷的熱計(jì)算致冷量致冷量性能系數(shù)性能系數(shù)最大溫差最大溫差最大致冷量最大致冷量最佳工作電流最佳工作電流材料品質(zhì)因數(shù)材料品質(zhì)因數(shù)最佳性能系數(shù)最佳性能系數(shù)最佳致冷量設(shè)計(jì)程序最佳致冷量設(shè)計(jì)程序最佳性能系數(shù)設(shè)計(jì)方法最佳性能系數(shù)設(shè)計(jì)方法101熱電致冷原理熱電致冷原理塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)珀?duì)柼?yīng)珀?duì)柼?yīng)付立葉效應(yīng)付立葉效應(yīng)焦耳效應(yīng)焦耳效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)102熱電致冷器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用熱電致冷器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)特特 點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng) 用用103蒸發(fā)端蒸發(fā)端冷凝端冷凝端gvlcP

50、PPPmax毛細(xì)泵力毛細(xì)泵力RclP2蒸發(fā)端蒸發(fā)端冷凝端冷凝端ccrlcPcos2eerlePcos2熱管的工作原理（熱管的工作原理（1）104熱管的工作原理（熱管的工作原理（2）eeccrrleccPPPcoscos2kAqllwmeflP2284cevrmvllarqvlPsinglPlglevwvvllglrlkALvmLqsin2maxmax105熱管的基本特性與分類熱管的基本特性與分類1.基本特性基本特性大的傳熱能力大的傳熱能力等溫性等溫性熱流密度可變換熱流密度可變換恒溫恒溫(可控?zé)峁芸煽責(zé)峁?2.熱管分類熱管分類深冷熱管深冷熱管低溫?zé)峁艿蜏責(zé)峁苤袦責(zé)峁苤袦責(zé)峁芨邷責(zé)峁芨邷責(zé)峁?06

51、熱管傳熱極限熱管傳熱極限粘性限粘性限聲速限聲速限毛細(xì)限毛細(xì)限沸騰限沸騰限攜帶限攜帶限t聲速限聲速限粘性限粘性限毛細(xì)限毛細(xì)限攜帶限攜帶限沸騰限沸騰限107熱管結(jié)構(gòu)與材料熱管結(jié)構(gòu)與材料分類分類蒸汽流量調(diào)節(jié)熱管蒸汽流量調(diào)節(jié)熱管過量流體熱管過量流體熱管充氣熱管充氣熱管結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料工作液（要求）工作液（要求）管芯（材料、要求）管芯（材料、要求）管殼（材料、要求）管殼（材料、要求）108熱管設(shè)計(jì)要求熱管設(shè)計(jì)要求工作溫度工作溫度-選擇工質(zhì)、容器耐壓能力選擇工質(zhì)、容器耐壓能力;傳熱量傳熱量-結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸,管芯結(jié)構(gòu)管芯結(jié)構(gòu);傳輸長度傳輸長度-毛細(xì)限毛細(xì)限;溫度均勻性溫度均勻性-蒸發(fā)與冷凝段設(shè)計(jì)蒸發(fā)與冷凝

52、段設(shè)計(jì),管芯結(jié)構(gòu)管芯結(jié)構(gòu);工作環(huán)境工作環(huán)境-重力重力,腐蝕環(huán)境腐蝕環(huán)境;熱環(huán)境熱環(huán)境;力學(xué)條件力學(xué)條件-強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算;工程要求工程要求-尺寸尺寸,質(zhì)量質(zhì)量,幾何尺寸幾何尺寸;可靠性可靠性;瞬時(shí)性能瞬時(shí)性能-啟動(dòng)性能啟動(dòng)性能;109熱管應(yīng)用與設(shè)計(jì)熱管應(yīng)用與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟吸液芯參數(shù)確定（截面積吸液芯參數(shù)確定（截面積AW，蒸汽通道截面積，蒸汽通道截面積AV）管殼設(shè)計(jì)（壁厚、封頭厚度）管殼設(shè)計(jì)（壁厚、封頭厚度）工作液的選擇工作液的選擇計(jì)算工作液充裝量計(jì)算工作液充裝量傳熱極限的校驗(yàn)傳熱極限的校驗(yàn)設(shè)計(jì)要求（工作溫度、傳熱量、工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸、其他）設(shè)計(jì)要求（工作溫度、傳熱量、工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸

53、、其他）應(yīng)用（管狀、平板、可控?zé)峁埽?yīng)用（管狀、平板、可控?zé)峁埽?1068.90.6210-100.00423.4200目鎳絲網(wǎng)目鎳絲網(wǎng)0.77110-100.0061200目不銹鋼網(wǎng)目不銹鋼網(wǎng)0.6510-109.0二層二層180目不銹目不銹鋼網(wǎng)鋼網(wǎng)1.3510-10二層二層120目鎳絲目鎳絲網(wǎng)網(wǎng)6.0010-105.4120目鎳絲網(wǎng)目鎳絲網(wǎng)1.52310-100.0131100目鎳絲網(wǎng)目鎳絲網(wǎng)521.747410-120.0009156.8燒結(jié)銅粉末燒結(jié)銅粉末911.9 910-90.021泡沫狀銅泡沫狀銅68.90.01510-110.00140鎳?yán)w維鎳?yán)w維(d=0.01mm)1.551

54、0-100.00410金屬氈金屬氈0.06110-1125.4玻璃纖維玻璃纖維孔隙度孔隙度/%滲透率滲透率毛細(xì)半徑毛細(xì)半徑/cm毛細(xì)提升高度毛細(xì)提升高度/cm材料及目孔尺寸材料及目孔尺寸2/K cm表表 1管芯的毛細(xì)半徑、滲透率及孔隙度數(shù)值管芯的毛細(xì)半徑、滲透率及孔隙度數(shù)值 111一般一般良好良好一般一般良好良好良好良好一般一般鎳鎳良好良好良好良好不好不好良好良好良好良好不好不好不銹鋼不銹鋼不好不好不好不好良好良好一般一般不好不好鋁鋁良好良好良好良好良好良好不好不好良好良好良好良好銅銅DOW-E*DOW-A*甲醇甲醇氨氨丙酮丙酮水水工工 作作 液液吸液芯吸液芯材料材料表表2 不同材料組合的相容

55、性不同材料組合的相容性*表中表中DOW（Dowtherm）導(dǎo)熱姆換熱劑（二苯及二苯氧化物的混合物）導(dǎo)熱姆換熱劑（二苯及二苯氧化物的混合物）112工作工作液液沸點(diǎn)沸點(diǎn)/熔熔點(diǎn)點(diǎn)/液體液體密度密度/(kg gm-3)蒸汽蒸汽密度密度/(kg gm-3)液體動(dòng)液體動(dòng)力粘度力粘度/(Pas-1103)表面表面張力張力/(Nm-1102)汽化汽化潛熱潛熱/(kJkg-1)蒸汽蒸汽比熱比熱/(kJkg-1-1)蒸汽蒸汽粘度粘度/(Pas-1)熱流熱流密度密度(Wcm-2)水水10009580.600.285.8922581.881.27109氨氨-33.3-77.7690.40.050.273.09138

56、42.100.8559.1甲醇甲醇64.7-97.8746.21.470.311.8510851.611.1157.0丙酮丙酮56.5-957442.370.231.865172.280.9033.8表表3 適用于電子設(shè)備中熱管的工作液適用于電子設(shè)備中熱管的工作液113電子設(shè)備熱測試技術(shù)電子設(shè)備熱測試技術(shù)溫度測量溫度測量壓力測量壓力測量流量測量流量測量114溫度測量溫度測量熱電偶測溫（原理、制作、測試）熱電偶測溫（原理、制作、測試）紅外線測溫儀紅外線測溫儀熱敏電阻（熱敏電阻（-80200）溫度敏感涂料（溫度敏感涂料（381800）液晶測溫液晶測溫115壓力與流量測量壓力與流量測量液柱壓力計(jì)（液

57、柱壓力計(jì)（U形管、傾斜或杯式、微壓計(jì)）形管、傾斜或杯式、微壓計(jì)）節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)彈簧或壓力表彈簧或壓力表畢托管測流量（流速）畢托管測流量（流速）轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)116低熱阻設(shè)計(jì)技術(shù)低熱阻設(shè)計(jì)技術(shù)低熔點(diǎn)合金填料低熔點(diǎn)合金填料(In)低熱阻芯片技術(shù)低熱阻芯片技術(shù)1).微焊接技術(shù)微焊接技術(shù)2).有機(jī)介質(zhì)有機(jī)介質(zhì). 材料材料3).基板技術(shù)基板技術(shù)4).熱介質(zhì)材料熱介質(zhì)材料低熱阻優(yōu)化散熱器低熱阻優(yōu)化散熱器117表表1降低幾種傳熱熱阻的方法降低幾種傳熱熱阻的方法導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻自然對流熱阻自然對流熱阻強(qiáng)迫對流熱阻強(qiáng)迫對流熱阻輻射熱阻輻射熱阻接觸熱阻接觸熱阻縮短導(dǎo)熱路徑縮短導(dǎo)熱路徑增大導(dǎo)熱面積增

58、大導(dǎo)熱面積選導(dǎo)熱系數(shù)大選導(dǎo)熱系數(shù)大的材料的材料流體流動(dòng)不受流體流動(dòng)不受阻礙阻礙散熱面垂直放散熱面垂直放置置增大散熱面積增大散熱面積水平熱面向上水平熱面向上 液體比氣體好液體比氣體好增大流速增大流速增大表面粗糙增大表面粗糙度度加紊流器加紊流器增大散熱面積增大散熱面積增大黑度增大黑度增大角系數(shù)增大角系數(shù)增大散熱面積增大散熱面積提高溫差提高溫差增大接觸面積增大接觸面積表面光滑平整表面光滑平整接觸材料軟接觸材料軟增大接觸壓力增大接觸壓力界面涂導(dǎo)熱劑界面涂導(dǎo)熱劑118低熱阻散熱器優(yōu)化技術(shù)低熱阻散熱器優(yōu)化技術(shù)準(zhǔn)則方程優(yōu)化準(zhǔn)則方程優(yōu)化遺傳算法優(yōu)化遺傳算法優(yōu)化119優(yōu)化結(jié)果（優(yōu)化結(jié)果（1）表表2 SRX08D

59、50散熱器（散熱器（自然冷卻）自然冷卻）優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果功率(w)肋片肋片數(shù)數(shù)肋厚(mm)肋間距(mm)平均溫差()熱阻(/W)未優(yōu)化散熱器熱阻(/W)熱阻減小百分比（）1.0829.75.195.465.978.51.51026.87.535.235.809.82.5829.711.674.545.2713.94.01026.816.724.184.558.15.01026.818.704.104.355.7120優(yōu)化結(jié)果（優(yōu)化結(jié)果（2）功率(W)肋片數(shù)肋厚(mm)肋間距(mm)平均溫差()熱阻(/W)未優(yōu)化散熱器熱阻(/W)熱阻減小百分比（）3.01026.88.582.863.3614.

60、94.01025.010.922.733.1112.25.0829.713.252.652.9911.46.0825.015.242.542.829.97.0825.017.432.492.676.7表3 SRX08D125散熱器（自然冷卻）優(yōu)化結(jié)果121優(yōu)化結(jié)果（優(yōu)化結(jié)果（3）風(fēng)風(fēng)速速(m/s)肋肋片片數(shù)數(shù)肋肋厚厚(mm)肋間肋間距距(mm)熱阻熱阻(/W)未優(yōu)化散熱器未優(yōu)化散熱器熱阻熱阻(/W)熱阻減小熱阻減小百百分比（分比（）1.02021.91.171.6629.51.62221.50.751.5351.02.22421.20.541.0749.52.62421.20.421.0058