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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第3章 电子设备用冷板设计,3.1 概述,3.2 冷板的结构类型及选用原则,3.3 冷板的换热计算,3.4 冷板的设计步骤,3.1 概述,冷板一种单流体（空气、水或其它冷却剂）的 热交换器。常作为电子设备底座。,气冷式冷板的功率密度：,1.5 W/cm,2,液冷式冷板的功率密度：,5 W/cm,2,冷板传热系数高的原因在于：,具有高导热系数；,冷板通道的当量直径较小,；,采用有利于增强对流换热的,肋表面几何形状,。,2.2 冷板的结构类型及选用原则,冷板的类型一般可分为：,气冷式冷板以空气为冷却介质；,液冷式冷板以液体（水或其它冷却剂）为介质；,储热冷板冷剂在相变过程中吸收熔解热；,热管冷板热管与冷板相结合。,冷板选用可根据设备以及元件的热流密度、热源分布、许用温度、压降及工作环境。,典型冷板结构,肋片的几何参数：,肋片厚度：,0.10.25mm,；,间距：,58片/cm，最大,可达16片/cm,;,高度：,2.520mm,。,肋片几何参数选择要点：,可根据冷板的工作环境条件（湿度、气压、温度和污染度等）选择肋片的形状、肋间距和肋厚。,冷板的工作压力一般应低于2.0MPa。,表面传热系数大时，选厚的和高度低的肋片,；,表面传热系数小时，选高而薄的肋片，以提高换热面积。,当冷板表面与环境之间的,温差较大时，宜选用平直形肋片,（如三角肋，矩形肋）；,温差小时，选百叶窗式或锯齿形肋,。,盖板、底板、隔板,铝制，钎焊,封条,铝制，多种结构形式,液冷式冷板,常见液冷式冷板的组成如图3-4所示。,液冷式冷板常用冷却剂的特性见表3-3。,三、储热冷板,储热冷板用相变材料一般应保证其发生,相变的温度大于冷板的初始温度,，,熔解温度应小于冷板的许用温度,。表3-4为电子设备适用的相变材料的物理性能。,四、热管冷板,五、各类冷板的选用原则,冷板的选用可根据,热源的分布,（集中、均布、非均 布）、设备或器件的,热流密度,、,许用温度、许用压降,、工作环境条件等进行综合考虑。,高功率密度器件的散热，可选用,强制液冷冷板,。,热量均布的中、小功率器件，可选用,强制空气冷却冷板,，气流速度在,14m/s,的范围内选择。,按,脉冲工况运行的器件,或设备的内热源与外部热环境之间的温度有较大的,周期性变化,，可选用,储热冷板,。,3.3 冷板传热表面的几何特性,第45页,3.5无相变工况冷板表面的传热与阻力特性,1.流动有层流和湍流之分,层流：,过渡区：,旺盛湍流：,1充分发展层流（此表中f为达西阻力系数）,同一截面形状的通道，均匀热流的Nu比均匀壁温的Nu高,Nu与Re无关,不同截面的当量直径相同，则Nu也不相同,二、过渡区,空气在雷诺数1000至10000间,范宁摩擦系数,三.,充分发展湍流,（1）实用上使用最广的是迪贝斯贝尔特公式：,加热流体时 ，,冷却流体时 。,式中:定性温度采用流体平均温度 ，特征长度为,管内径。,实验验证范围：,此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合,。,（,2）采用齐德泰特公式：,定性温度为流体平均温度 （按壁温 确,定），管内径为特征长度。,实验验证范围为：,（3）格林尼斯基公式,范宁摩擦系数,定性温度为流体平均温度 （按壁温,确定），管内径为特征长度，管子处于均匀壁温。,实验验证范围为：,实际工程换热设备中，层流时的换热常常处于入口段的范围。可采用下列齐德泰特公式。,五、扩展表面的关系式,插表格和图（凯斯和伦敦）,关系式 第50页 不太准,3.3 冷板的换热计算,一、气冷和液冷式冷板的计算,1.计算所依据的方程：对流换热方程和能量平衡方程,对流换热方程,：,肋片表面对流换热系数；,A,参与对流换热的总面积；,t,m,对数平均温差,；,0,冷板的总效率；,q,m,冷却剂的质量流量,kg/s；,c,p,冷却剂的定压比热；,t,2,冷却剂的出口温度,；,t,1,冷却剂的进口温度,。,平衡方程,：,定义对数平均温差：,定义传热单元数：,冷板表面的平均温度为：,冷板中冷却剂的流动总压降：,式中：,g,m,单位面积的质量流量（质量流速），kg/(m,2,s)；,1,冷却剂进口时的密度，kg/m,3,；,2,冷却剂出口时的密度，kg/m,3,；,m,冷却剂的平均密度，kg/m,3；,冷板孔度，即冷板通道截面积与冷板迎风面积之比；,A,c,冷板通道的横截面积（最小自由流通面积），m,2；,K,c,冷却剂进口压力损失系数，,K,c,(Re,),，查图3-8或图3-9确定；,K,e,冷却剂出口压力损失系数，,K,e,(Re,),，查图3-8或图3-9确定；,f,摩擦系数，查图或由公式计算。,2.,冷板的表面传热系数,对于给定的冷板通道，,f、j,系数可按实验结果取值（见图3-10）,3.,冷板的总效率,（表面效率）,式中：,A,p,盖板面积，m,2,；,A,f,肋片面积，m,2,；,A,b,底板面积，m,2,；,f,肋片的效率,；,b,底板的效率；,二、储热冷板的计算,需用的相变材料质量,式中：,Q,电子元器件耗散的功率，W；,c,e,整个储热冷板的比热容；,电子设备要求的温度控制周期,s,；,c,f,相变材料的比热容；,t,m,相变材料的熔解温度，；,r,f,相变材料的熔解热,J/kg。,t,1,冷板的初始温度，；,3.4 冷板的设计步骤,一、校核计算步骤,已知冷板的结构、尺寸、冷却剂流量和工作环境。,计算冷却剂通道的当量直径,d,e,、通道截面积,A,c,、总换热面积,A,和肋片换热面积,A,f,。,计算冷却剂的温升,计算定性温度,根据定性温度查取物性参数，计算流体在通道中的质量流速和雷诺数：,计算表面传热系数：,计算肋片效率及总效率（表面效率）：,肋片效率,：,肋片参数，m,-1,；,l,肋片高度，m；,f,肋片材料的导热系数；,f,肋片厚度，m；,计算传热单元数（NTU）：,总效率（视盖板和底板的效率为1）,：,冷板表面温度,计算压降,比较冷板温度和压降。如不满足条件，则需改变冷却剂的流量，重复步骤，直至满足要求。,二、设计计算步骤,目的：确定一个满足设备温升控制要求的冷板。,根据预设的冷板结构尺寸、选取的肋片参数和其它参数（重量、体积、强度等）计算当量直径,d,e,、单位面积冷板的传热面积,S,1,、单位宽度冷板通道的横截面面积,S,2,及,A,f,/A,比值等。,取定性温度为,t,1,时冷却剂的物性参数。,计算冷却剂的温升,计算冷却剂的出口温度,计算定性温度,并按定性温度查取冷却剂的物性参数。,设定冷板为,B,1,，计算通道截面面积,计算冷却剂的质量流速,计算雷诺数,计算表面传热系数,计算肋片效率及总效率,计算热效率,计算传热单元数,计算总面积,计算冷板的长度,计算压降,比较 。如不满足要求，则重新设定,B,1,、,L,1,，重复步骤，直至满足要求。,3.8液体冷板设计的一些特殊问题,一、系统阻力计算与泵的选择,局部阻力与沿程阻力和高度差,二、膨胀箱,三、等效管长,树立质量法制观念、提高全员质量意识。,11月-24,11月-24,Thursday,November 14,2024,人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。,22:11:43,22:11:43,22:11,11/14/2024 10:11:43 PM,安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。,11月-24,22:11:43,22:11,Nov-24,14-Nov-24,加强交通建设管理，确保工程建设质量。,22:11:43,22:11:43,22:11,Thursday,November 14,2024,安全在于心细，事故出在麻痹。,11月-24,11月-24,22:11:43,22:11:43,November 14,2024,踏实肯干，努力奋斗。,2024年11月14日,10:11 下午,11月-24,11月-24,追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。,14 十一月 2024,10:11:43 下午,22:11:43,11月-24,严格把控质量关，让生产更加有保障。,十一月 24,10:11 下午,11月-24,22:11,November 14,2024,作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。,2024/11/14 22:11:43,22:11:43,14 November 2024,好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。,10:11:43 下午,10:11 下午,22:11:43,11月-24,一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。,11月-24,11月-24,22:11,22:11:43,22:11:43,Nov-24,牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。,2024/11/14 22:11:43,Thursday,November 14,2024,相信相信得力量。,11月-24,2024/11/14 22:11:43,11月-24,谢谢大家！,
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