电子冷板设计

1、电 子 设 备 热 设 计,第四篇 液 体 冷 却 与 冷 板 技 术,2,液体冷却,常用冷却液,3,冷却液性质,直接浸没液的物性参数,冷却液的品质因数 、准则因数 冷却液的防冻（60乙二醇40水， 40 不冻 ）,4,冷却剂的品质因数及准则因数,冷却剂密度(kg/m3)； k 导热系数(W/m)； CP 比热(J/kg)； 体积膨胀系数(1/)； 动力粘度(kg/m),自然对流(104Gr108),强迫对流，小雷诺数，层流状态,强迫对流，Re106的紊流状态,5,常用冷却剂的物理性质,6,间接液冷例析芯片组导热模块,7,液冷示例,8,笔记本液冷示例,9,强迫液冷系统的组成,冷却液、液流管道、

2、泵、换热器、系统控制保护装置,10,液冷系统实物图,11,热交换器,列管间壁式,紧凑式,冷板,12,几种常见热交换器,13,热交换器设计-两种流体、三个方程、四种温度,14,对数平均温差,入口处的温差(顺流)； 出口处的温差(顺流)。,其他流动组合，参考相关修正系数,15,对数平均温差法的计算步骤, 根据已知条件，由热平衡方程式求出另一个未知温度； 由冷、热流体的四个进出口温度，求出对数平均温差 若是叉流、混合流形式，则要注意修正系数 的计算； 初步布置换热面，并计算相应的传热系数； 由系统传热方程式，求出所需之换热面积A，并核算两 侧流体的流动阻力； 若流动阻力过大，则应重新进行设计。,16

3、,有效度(),传热单元数(NTU) 流体之间平均温差为1时的换热量与最小热容量 的流体在温度变化1 时的换热之比，即,热交换器中实际换热量与最大可能换热量(温差最大)之比值,当已知时，可根据两种流体的进口温度计算热交换器的换热量,热交换器的-NTU 计算方法,17,热交换器的-NTU 计算方法, 计算传热系数K； 计算NTU及值； 计算或查相应图表得值； 计算传热量； 利用热平衡方程式计算和。,采用-NTU法对热交换器进行校核计算 的步骤：,18,液冷系统的设计,选择冷却液体，确定冷却液体(一次)的流量和流速,确定其热交换器的形式 20kW以上 水水热交换器， 小于20kW 水空气热交换器。,

4、确定热流体和冷流体的温差,根据二次冷却液体的温差，由热平衡方程式确定其流量,确定冷流体在换热器中的换热系数,确定热交换器的KA值 ，选择符合KA值的热交换器,计算系统的阻力损失，结合流量选择泵及其电机,冷却阳极块水套的设计,19,气冷式,冷板概述,冷板是一种单流体热交换器，具有较大的换热面积(肋),流体通道的 当量直径较小,换热系数较高。 15.5 45,液冷式,20,冷板实例,16个晶体管用螺栓直接安装在水冷冷板上，每个晶体管的功耗为37.5W，总功耗为600W。已知水的入口温度为35，水的流量为6.3105，冷却水管道内径为8mm，试计算晶体管管壳表面温度。,21,冷板的设计与计算,H 对

5、流换热系数(W/m2)； 冷板总效率； A 参与对流换热的面积(m2)； t m对数平均温差()； 冷却剂质量流量(kg/s)； Cp冷却剂定压比热(J/kg)； 冷却剂入口温度()； 冷却剂出口温度()。,均温冷板温度曲线,对数平均温差,22,冷板的设计与计算,冷板的换热系数,h冷板的换热系数(W/m2)； J考尔本数，根据肋片的结构形式，可查图； G单位面积的质量流量(kg/sm2)； Cp冷却剂的定压比热(J/kg)； Pr普朗特数。,式中 c盖板的效率； f肋片的效率； b底板的效率。,冷板的总效率,传热单元数,GB-T-15423-A1988年发布,23,冷板的校核计算,已知条件：冷

6、板的结构尺寸、肋片参数、冷却剂流量、 通道当量直径和通道截面积以及总换热面积A等,24,冷却剂压力损失计算,25,冷板结构示例,26,冷板结构示例,27,微通道冷板,28,冷板结构示例,29,冷板结构示例,30,液冷系统的其他问题,系统的监控,温度、流量、压力、热参数、安全报警系统等,二次冷却液(外循环水)的防凝露,结构设计中避免冷却液积聚 选材(防腐) 灌封 提高冷却水的出口温度。,电 子 设 备 热 设 计,相 变 冷 却,32,相变冷却,相变材料的发展与应用,本质 利用各种物质的相态改变，伴随能量的释放和吸收。,分类,33,相变材料,34,相变冷却的关键技术,沸腾冷却剂的选用 (高导热、

7、电绝缘),浸没式冷却系统中，合理设计器件表面形状，有利于形成 紊流，并防止形成蒸汽膜层。,凝汽器 (热交换器) 的设计,压力效应与温度控制问题 (汽化热，表面张力),35,蒸发冷却,加热面处水的温度()； 水的饱和温度()。,核态沸腾， 膜态沸腾,水沸腾时，热流密度、 换热系数h与温差的关系,36,蒸发冷却的应用,几种常见的 浸没式 蒸发冷却形式,37,蒸发冷却系统的组成,蒸发冷却系统的组成,不同冷却方式下的电子管阳极结构,38,发射管与蒸发锅,发射管与蒸发锅的配合形式,蒸发冷却 发射管的阳极结构,电 子 设 备 热 设 计,制 冷 与 恒 温 技 术 概 述,40,制 冷 综 述,一,冷和热

8、是物质分子运动平均动能的标征。日常生活中常说的“热”或“冷”是指温度高低的相对概念，是人体对温度高低感觉的反应。,在制冷技术中所说的冷，是指某空间内物体的温度低于周围环境介质（如水或空气）温度而言。因此“制冷”就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并连续维持这样一个温度的过程。 制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有相变制冷、压缩制冷和半导体制冷三种。,41,图1 制冷机的能量转换关系(a) 以电能或机械能驱动的制冷机 (b) 以热能驱动的制冷机,图例,42,2.2.2 相变制冷,物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温

9、下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量-即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，如冰融化时要吸取80 kcal/kg的熔解热；氨在标准大气压下气化时要吸取327kcal/kg的气化潜热；干冰在标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量，其升华温度为78.9。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。,43,压缩制冷,气体绝热膨胀制冷 利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目的。 蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的

10、热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。,44,2.3 恒温技术,热隔离技术 控温技术,主要是为了保持晶体振荡器的高稳定度(例如：通讯 机中的晶振的稳定频率为1012) 而采取的措施。,关键技术是提供一套精确的控制系统(含电路),45,习题,肋管式热交换器，加热流量为2.36的空气，使其温度从15.5升至29.4，热水的进口温度为82.2，热交换器的平均传热系数为227W/(m2)，换热面积为9.29