四篇液体冷却与冷板技术学习教案

1、会计学1四篇液体四篇液体(yt)冷却与冷板技术冷却与冷板技术第一页，共46页。2直接液冷间接液冷浸没、无搅动、无蒸发浸没、有搅动、有蒸发冷板(单流体热交换器)强迫液冷液冷分类(泵、热交换器、流体、通道)FC88C5112R113FC78FC77FC75常用(chn yn)冷却液第1页/共45页第二页，共46页。3v 直接浸没(jn mi)液的物性参数沸点/汽化热/Jg1密度/gcm3导热系数/Wm1.1比热/Jg1.1粘度/m2s1表面张力/Nm1介电常数体积热膨胀系数/1热特性及热稳定性介电特性化学稳定性安全性(自燃)v 冷却液的品质因数 、准则(zhnz)因数v 冷却液的防冻（60乙二醇4

2、0水， 40 不冻 ）第2页/共45页第三页，共46页。4 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) 222p221CP层流：8 . 232.8p22 . 031CP紊流：2 . 02 . 00.2p6 . 04 . 01Ck自然对流(104Gr108) 5.0p2C强迫对流，小雷诺数，层流状态 07. 0p72. 03C强迫对流，Re106的紊流状态 第3页/共45页第四页，共46页。5第4页/共45页第五页，共46页。620 W/cm2 24 冷却水入口温度芯片表面温度59 第5页/共45页第六页，共46页。7第

3、6页/共45页第七页，共46页。8第7页/共45页第八页，共46页。9冷却液、液流管道(gundo)、泵、换热器、系统控制保护装置一次水(热流体)二次水(冷流体)第8页/共45页第九页，共46页。10第9页/共45页第十页，共46页。11列管间壁式紧凑式冷板真空钎焊技术第10页/共45页第十一页，共46页。12第11页/共45页第十二页，共46页。1311p1m1ttCq 2 2p2m2ttCq mtKA热流体的热平衡方程 冷流体的热平衡方程 系统换热方程 热流体和冷流体的质量流量(kg/s)； 比热(J/kg)； 分别为热、冷流体进口和出口温度()； 热交换器的传热系数(W/m2)； 传热面

4、积(m2)； 对数平均温差()。m1qm2qp1Cp2C1t1t 2t2t mtKA第12页/共45页第十三页，共46页。14 mlnttttt 入口处的温差(顺流)；出口处的温差(顺流)。 tt 其他流动(lidng)组合，参考相关修正系数第13页/共45页第十四页，共46页。15 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。mtt第14页/共45

5、页第十五页，共46页。16有效度() 2111tttt 2122tttt 21minpmttCq 传热单元数(NTU) 流体之间平均温差为流体之间平均温差为11时的换热量与最小热容量时的换热量与最小热容量 的流体在温度变化的流体在温度变化1 1 时的换热之比，即时的换热之比，即 minpmCqminpmNTUCqKA热交换器中实际换热量热交换器中实际换热量(rling)(rling)与最大可能与最大可能换热量换热量(rling)(rling)(温温差最大差最大) )之比值之比值 当当已知时，可根据两种流体的进口温度已知时，可根据两种流体的进口温度(wnd)(wnd)计算热交换器的换热量计算热交

6、换器的换热量第15页/共45页第十六页，共46页。17 计算传热系数K； 计算NTU及值； 计算或查相应图表(tbio)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(j sun) 的步骤：第16页/共45页第十七页，共46页。18选择冷却液体(yt)，确定冷却液体(yt)(一次)的流量和流速 确定(qudng)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。确定热流体和冷流体的温差 1tt2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

7、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第17页/共45页第十八页，共46页。19气冷式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 23mW10液冷式第18页/共45页第十九页，共46页。2016个晶体管用螺栓直接(zhji)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105，冷却水管道内径为8mm，试计算晶体管管壳表面温度。 第19页/共45页第二十页，共46页。21m0tAh12pmttCqH 对流换热系数(W/m2)； 冷板总效率；A 参与对流换热的面积

8、(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()。mq1t2t均温冷板温度曲线2s1s12mlnttttttt对数(du sh)平均温差 第20页/共45页第二十一页，共46页。22冷板的换热系数 32pPr JGChh冷板的换热系数(W/m2)；J考尔本数，根据肋片的结构形式(xngsh)，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(i bn)的效率； f肋片的效率； b底板的效率。bbffcc0AAAAAA冷板的总效率2s1sNTUet

9、ttt传热单元数pm0NTUCqAhGB-T-15423-A1988年发布第21页/共45页第二十二页，共46页。23已知条件：冷板的结构尺寸、肋片参数、冷却剂流量、已知条件：冷板的结构尺寸、肋片参数、冷却剂流量、 通道当量通道当量(dngling)(dngling)直径和通道截面积以及总换热面积直径和通道截面积以及总换热面积A A等等 pmCqt 21e2m1c21c1211212KAAfKGPGdRec第22页/共45页第二十三页，共46页。24第23页/共45页第二十四页，共46页。25第24页/共45页第二十五页，共46页。26第25页/共45页第二十六页，共46页。27第26页/共4

10、5页第二十七页，共46页。28第27页/共45页第二十八页，共46页。29第28页/共45页第二十九页，共46页。30 系统(xtng)的监控温度、流量、压力温度、流量、压力(yl)、热参数、安全报警系统等、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结构设计中避免冷却液积聚 选材选材(防腐防腐) 灌封灌封 提高冷却水的出口温度。提高冷却水的出口温度。第29页/共45页第三十页，共46页。31第30页/共45页第三十一页，共46页。32 相变冷却的材料 利用石蜡族(CnH2n+2)材料升华升华过程中所需要的熔解热熔解热 达到吸收电子器件耗热的目的。直接浸没式

11、相变冷却(消耗性与非消耗性)间接式相变冷却(与发热器件不直接接触）汽水两相流冷却系统 相变材料的发展(fzhn)与应用 本质 利用(lyng)各种物质的相态改变，伴随能量的释放和吸收。 分类第31页/共45页第三十二页，共46页。33 根据电子器件控制温度的需要，选择不同熔点的相变材料。 相变材料可分为 挥发式、回收式挥发式、回收式 两种。 可逆式储热冷板 美国早期的阿波罗15月球车采用了 等相变材料。3818HC4220HC6230HC熔点：熔点：66 3818HC熔点：熔点：28 4220HC熔点：熔点：37 第32页/共45页第三十三页，共46页。34v 沸腾冷却剂的选用(xunyng)

12、 (高导热、电绝缘)v 浸没式冷却系统中，合理设计器件表面(biomin)形状，有利于形成 v 紊流，并防止形成蒸汽膜层。v 凝汽器 (热交换器) 的设计v 压力效应与温度控制问题 (汽化热，表面张力)第33页/共45页第三十四页，共46页。35swttt 加热面处水的温度()； 水的饱和温度()。 wtst汽化 蒸发 仅在液体自由表面上进行、在各种温度都能发生 沸腾 不仅在液面， 在液体内部同时进行，与过热温度过热温度有关的汽化 核态沸腾(fitng)， 膜态沸腾(fitng)水沸腾时，热流密度、换热系数h与温差的关系 第34页/共45页第三十五页，共46页。36 几种常见的浸没式 蒸发(z

13、hngf)冷却形式 第35页/共45页第三十六页，共46页。37蒸发冷却系统的组成 不同冷却方式下的电子管阳极结构 第36页/共45页第三十七页，共46页。38发射管与蒸发锅的配合形式 蒸发冷却发射管的阳极结构 第37页/共45页第三十八页，共46页。39第38页/共45页第三十九页，共46页。40一一 冷和热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(rnt)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(z

14、hyng)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。第39页/共45页第四十页，共46页。41图1 制冷机的能量转换(zhunhun)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第40页/共45页第四十一页，共46页。42 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(q hu)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(q hu)时要吸取3

15、27kcal/kg的气化(q hu)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。第41页/共45页第四十二页，共46页。43第42页/共45页第四十三页，共46页。44 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(ciq)的措施。 关键技术是提供一套精确的控制系统(含电路)第43页/共45页第四十四页，共46页。45 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9.29m2。试计算水的出口(ch ku)温度及传热量。 圆形磁控管的功耗为3.4kW，其中85消耗在阳极块的管壁上，15消耗在密封口处。拟用水冷，阳极壁温不得超过80，水的平均温差为50，水的进、出口之间流动区域的夹角为300，冷却(lngqu)管道的平均直径为100mm，管道为矩形截面(宽5mm，高20mm)。试计算阳极块所需之冷却(lngqu)水流量为多少？ 第44页/共45页第四十