电子设备的自然冷却设计课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《电子设备的自然冷却设计课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子设备 自然 冷却 设计 课件
- 资源描述:
-
1、第五章第一讲电子设备的自然冷却设计自然冷却包括传导、自然对流和辐射换热。具有安全、可靠、价格便宜、维修量小等优点,如满足要求应优先选用。自然冷却用印制板的选取自然冷却用印制板的选取 适用于电子设备的印制板的品种较多,为了提高其传热(导适用于电子设备的印制板的品种较多,为了提高其传热(导热)性能,目前常用的有以下几种热)性能,目前常用的有以下几种散热印制线路板散热印制线路板。在印制线路板上敷有导热金属板的在印制线路板上敷有导热金属板的导热板式散热印制板导热板式散热印制板在印制线路板上敷有金属导热条的在印制线路板上敷有金属导热条的导热条式散热印制板导热条式散热印制板在印制线路板中间夹有导热金属芯的
2、在印制线路板中间夹有导热金属芯的金属夹芯式散热印金属夹芯式散热印制板制板5.2印制板上电子元器件的热安装技术印制板上电子元器件的热安装技术 安装在印制板上的元器件的冷却,安装在印制板上的元器件的冷却,主要依靠导热提供一条从主要依靠导热提供一条从元器件到印制板及机箱侧壁的低热阻路径元器件到印制板及机箱侧壁的低热阻路径。元器件与散热印制板。元器件与散热印制板的安装形式如下图所示。竖直放置、平行排列。的安装形式如下图所示。竖直放置、平行排列。印制板的合理间距印制板的合理间距 对于对称的对于对称的等温竖直平行平板等温竖直平行平板,实验结果表明,两平板的最,实验结果表明,两平板的最佳间距为佳间距为:1/
3、42.714/optbP式中:式中:P cp 比定压热容,比定压热容,kJ/(kg);空气平均密度,空气平均密度,kg/m3;g 重力加速度,重力加速度,m/s2;V 体积膨胀系数,体积膨胀系数,-1;t 板与空气的温差,板与空气的温差,;空气的动力粘度,空气的动力粘度,Pas;空气的导热系数,空气的导热系数,W/(m)。2VpcgtLL板高度,米板高度,米 其它情况的其它情况的最佳间距最佳间距值如下表所示。值如下表所示。对于依靠自然通风散热的印制板,为提高它的散热效果,对于依靠自然通风散热的印制板,为提高它的散热效果,应考虑应考虑气流流向的合理性气流流向的合理性。对于一般规格的印制板,对于一
4、般规格的印制板,竖直放置时的表面温升较水平放竖直放置时的表面温升较水平放置时小置时小。竖直安装的印制电路板,竖直安装的印制电路板,最小间距应为最小间距应为19mm,以防止以防止自然流动的自然流动的收缩和阻塞收缩和阻塞。上述间距下,上述间距下,在在71的环境中的环境中,对于小型印制电路板上,对于小型印制电路板上热流密度为热流密度为0.0155W/cm2的组件,其表面温度约为的组件,其表面温度约为100(即温升约为(即温升约为30)。自然对流冷却印制电路板耗散功率的许用值为:自然对流冷却印制电路板耗散功率的许用值为:0.0155W/cm2。5.2.2自然对流换热表面传热系数计算式第93页表5-2机
5、箱加装散热片n*tD)*L*(2tA5.2.3自然对流的换热网络5.2.4自然冷却开式机箱的热设计(开有通风孔)5.2.5自然冷却闭式机箱的热设计5.5 电子设备机柜和机壳的设计 采用自然冷却的电子设备外壳可作为气流通道。下图所示是电子采用自然冷却的电子设备外壳可作为气流通道。下图所示是电子设备自然散热的路径。可以看出设备自然散热的路径。可以看出机壳是接受设备内部热量机壳是接受设备内部热量,并将其散,并将其散发到周围环境中去的一个重要组成部分,故发到周围环境中去的一个重要组成部分,故机壳结构对电子设备的自机壳结构对电子设备的自然冷却显得格外重要。然冷却显得格外重要。机壳表面的最大热流密度不得超
6、过机壳表面的最大热流密度不得超过0.039W/cm0.039W/cm2 2。机柜表。机柜表面温度不得高于周围环境温度(机房)面温度不得高于周围环境温度(机房)1010。外壳必须与底座和支架有良好的外壳必须与底座和支架有良好的导热连接导热连接。热路中的大热路中的大部分热阻存在于接合交界面处部分热阻存在于接合交界面处。所有金属间的接触面必。所有金属间的接触面必须须清洁、光滑清洁、光滑,并且,并且接触面积应尽可能大接触面积应尽可能大,且应有足够,且应有足够的的接触压力接触压力。铝材铆接界面处的热阻与金属厚度和铆钉面积有关,其铝材铆接界面处的热阻与金属厚度和铆钉面积有关,其热阻值为热阻值为6.456.
7、4525.8cm25.8cm2 2/W/W。金属厚度以。金属厚度以0.250.250.5cm0.5cm为宜为宜。机壳开孔的大小应与冷却空气进、出流速相适应,且压机壳开孔的大小应与冷却空气进、出流速相适应,且压降应小于热空气的浮升压力降应小于热空气的浮升压力。进气孔的。进气孔的总面积总面积可按下式可按下式计算:计算:0030.51.52.4 10AHt式中:式中:A0 进风孔面积,进风孔面积,cm2;0 通风孔应散热流量,通风孔应散热流量,W;H 自然冷却设备机箱高度,自然冷却设备机箱高度,cm;t=t2 t1;t2 设备内部空气温度,设备内部空气温度,;t1 设备外部周围环境温度。设备外部周围
8、环境温度。通风孔的布置原则应使通风孔的布置原则应使进、出风孔尽量远离进、出风孔尽量远离,进风孔,进风孔应开在机箱的应开在机箱的下端接近底板处下端接近底板处,出风口则应开在机箱,出风口则应开在机箱侧侧上端接近顶板处上端接近顶板处。通风孔的形状、大小可根据设备通风孔的形状、大小可根据设备应用场所、电磁兼容性及可靠性要求进行选择、布置。应用场所、电磁兼容性及可靠性要求进行选择、布置。机箱(或机壳)内、外表面涂漆,在靠近发热元件的机机箱(或机壳)内、外表面涂漆,在靠近发热元件的机壳顶部、底部或两侧开通风孔壳顶部、底部或两侧开通风孔等,均能降低内部器件的等,均能降低内部器件的温度温度。第二讲 电子设备强
9、迫空气冷却设计2.1 强迫空气冷却的热计算强迫空气冷却的热计算2.2 通风机通风机2.3 系统压力损失及计算系统压力损失及计算2.4 强迫空气冷却系统的设计强迫空气冷却系统的设计2.5 通风管道的设计通风管道的设计2.6 强迫空气冷却的机箱和机柜设计强迫空气冷却的机箱和机柜设计2.1 强迫空气冷却的热计算强迫空气冷却换热计算的难点在于固体壁面和空气之间对强迫空气冷却换热计算的难点在于固体壁面和空气之间对流流换热系数换热系数的确定。的确定。对流换热系数的大小与流体流动的对流换热系数的大小与流体流动的状态状态(层流或紊流)、(层流或紊流)、流体的流体的物性参数物性参数、换热面的、换热面的几何形状几
10、何形状和和位置位置等有关。等有关。判断流体流动状态的准则是雷诺数判断流体流动状态的准则是雷诺数ReRe。对于管内流动,当。对于管内流动,当Re2200Re2200时,流动属层流;当时,流动属层流;当ReRe10104 4时,流动属紊流;中时,流动属紊流;中间值时流动属层流向紊流过渡的过渡状态。间值时流动属层流向紊流过渡的过渡状态。一、环境的影响一、环境的影响 环境通过对空气物理特性的影响来改变强迫对流换热过程。环境通过对空气物理特性的影响来改变强迫对流换热过程。空气的导热系数、粘度、比热及密度等均随环境条件而变化。空气的导热系数、粘度、比热及密度等均随环境条件而变化。空气的导热系数一般不受压力
11、的影响,只有当压力低于空气的导热系数一般不受压力的影响,只有当压力低于1360Pa1360Pa时,导热系数随压力降低而降低。导热系数也随温度时,导热系数随压力降低而降低。导热系数也随温度的降低而降低。的降低而降低。空气的动力粘度空气的动力粘度随温度的升高而增大,而不受压力的随温度的升高而增大,而不受压力的影响。影响。干燥空气的密度可由下式计算干燥空气的密度可由下式计算:152731.2932731.013 10Pt式中:式中:空气密度,空气密度,kg/m3;t 温度,温度,;P1 使用大气压力,使用大气压力,Pa。二、空气吸收的热流量和质量流量二、空气吸收的热流量和质量流量空气吸收的热量可用下
12、式计算:空气吸收的热量可用下式计算:mpq ct 式中:式中:空气吸收的热流量,空气吸收的热流量,W;qm 空气的质量流量,空气的质量流量,kg/s;cp 定压比热,定压比热,J/(kg);t 空气的温升,空气的温升,。空气的质量流量由下式计算:空气的质量流量由下式计算:mVqq式中:式中:qm 空气的体积流量,空气的体积流量,m3/s;空气密度,空气密度,kg/m3。三、对流换热在电子设备热设计中的应用三、对流换热在电子设备热设计中的应用流体在管内或槽内流动流体在管内或槽内流动 对非圆形截面管道来说,公对非圆形截面管道来说,公式中所用的当量直径为:式中所用的当量直径为:4eAdU式中:式中:
13、A 管道横截面积,管道横截面积,m2;U 湿周长度,湿周长度,m。空气以湍流状态流经管道空气以湍流状态流经管道掠过圆柱体或导线(表掠过圆柱体或导线(表5-55-5,120120页)页)流过球体流过球体0.75e0.055RL0.8e0.0198RD平行于平面(或板)平行于平面(或板)mReDb0.6e0.33RDRe在400-1500的层流,带散热片的冷板和热交换器的传热因子7.0Re72.0j2.2 通风机 通风机可分为离心式(下图通风机可分为离心式(下图(a)(a))和轴流式下图)和轴流式下图(b)(b)两类。两类。通风机的选择主要取决于下列因素:空气流量、压力大通风机的选择主要取决于下列
14、因素:空气流量、压力大小、效率、流速、空气管道系统、噪音及通风机特性等小、效率、流速、空气管道系统、噪音及通风机特性等。一、离心式风机一、离心式风机 离心式风机的特点是离心式风机的特点是风压较高风压较高,一般用于阻力,一般用于阻力较大发热元器件或机柜的较大发热元器件或机柜的冷却。冷却。离心式风机按叶轮的叶片形状可分为离心式风机按叶轮的叶片形状可分为前弯式、径向式和后弯前弯式、径向式和后弯式三种式三种,如上图所示。,如上图所示。在给定的转速和尺寸条件下,前弯式的风压最大,出口风速高,相在给定的转速和尺寸条件下,前弯式的风压最大,出口风速高,相对结构紧凑、质量小,但压损大,风机效率不高,在使用时应
15、防止电对结构紧凑、质量小,但压损大,风机效率不高,在使用时应防止电机过载。后弯式相反。机过载。后弯式相反。在设备较小而要求的风压比较大的情况下,应采用前弯式通风机。在设备较小而要求的风压比较大的情况下,应采用前弯式通风机。二、轴流式风机二、轴流式风机 轴流式风机的特点是风量大、风压小轴流式风机的特点是风量大、风压小。根据其结构形式。根据其结构形式可分为可分为螺旋桨式、圆筒式和导叶式三种螺旋桨式、圆筒式和导叶式三种。其中螺旋桨式压力。其中螺旋桨式压力最小,一般用于空气循环装置。圆筒式和导叶式用于中、低最小,一般用于空气循环装置。圆筒式和导叶式用于中、低系统阻力并且要求提供较大空气流量的电子设备的
16、冷却。系统阻力并且要求提供较大空气流量的电子设备的冷却。三、风机性能三、风机性能主要性能参数:风量、风压、功率和效率主要性能参数:风量、风压、功率和效率风压:全压(扬程风压:全压(扬程,动压动压+静压),动压(动能),静压),动压(动能),静压(相对压力,皮托管全压和静压)静压(相对压力,皮托管全压和静压)功率:风量风压功率:风量风压效率:风机功率轴功率效率:风机功率轴功率三、通风机特性曲线三、通风机特性曲线 通风机特性曲线是指通风机在通风机特性曲线是指通风机在某一固定转速下工作时,静压、效某一固定转速下工作时,静压、效率和功率随风量而变化的关系曲线。率和功率随风量而变化的关系曲线。其中风量与
展开阅读全文