1熱傳遞方式

熱力學(xué)第二定律指出:熱量總是自發(fā)的?不可逆轉(zhuǎn)的,從高溫處傳向低溫處,即:只要有溫差存在,熱量就會自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體,形成熱交換?熱交換有三種模式:傳導(dǎo)?對流?輻射?它們可以單獨出現(xiàn),也可能兩種或三種形式同時出現(xiàn)?

2對流換熱控制公式方程

2.1質(zhì)量守恒方程

流體運動中的質(zhì)量守恒是指流體流過一定空間流體的總質(zhì)量保持不變,任何流動問題都必須滿足質(zhì)量守恒定律?控制體的連續(xù)方程為:

2.2動量守恒方程

動量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既適用于宏觀物體,也適用于微觀粒子;既適用于低速運動物體,也適用于高速運動物體;它既適用于保守系統(tǒng),也適用于非保守系統(tǒng)?動量守恒定律是任何不受外力時運動系統(tǒng)包括流動系統(tǒng)都必須遵守的基本定律?此方程可解釋為:作用某控制體內(nèi)流體外力的合力,等于單位時間內(nèi)流出控制體的動量減去單位時間內(nèi)進(jìn)入控制體的動量加單位時間內(nèi)控制體中的流體動量的累積量?對于控制體的動量方程為:

3各發(fā)熱器件散熱設(shè)計方法及程序

各種設(shè)備發(fā)熱部位的散熱及傳導(dǎo)設(shè)計是設(shè)備可靠性設(shè)計的一項重要方面?電子設(shè)備只要通電就有發(fā)熱,是熱源,其產(chǎn)生的熱量等于功率的耗散?耗散功率(發(fā)熱功率)是熱設(shè)計的基礎(chǔ),可以采用實驗和理論計算來確定?一般都增加安全系數(shù),保守取值,適當(dāng)取高些?熱設(shè)計一般是取最惡劣工況:最高環(huán)境溫度和最大熱耗散的情況下設(shè)計?總的來說,電子設(shè)備的散熱及傳導(dǎo)設(shè)計應(yīng)必須遵守以下幾個方面及步驟:

1) 確定發(fā)熱器件的散熱面積?散熱器或周圍空氣介質(zhì)的環(huán)境溫度極限范圍;

2) 確定熱量對流密度和消散方式;

3) 對少量關(guān)鍵發(fā)熱元器件進(jìn)行應(yīng)力分析,確定其最高允許溫度和功耗,并對其溫度關(guān)系下的失效率加以分析;

4) 按照發(fā)熱器件及整個設(shè)備的安裝方式進(jìn)行熱密度的計算;

5) 由器件內(nèi)熱阻確定其表面最高工作溫度;

6) 計算器件到最終散熱面之間的總體熱阻礙值;

7) 根據(jù)熱量產(chǎn)生量度等因素對熱阻礙進(jìn)行計算與分配,并對此加以評價,確定熱傳導(dǎo)方式和冷卻方式?

4電子設(shè)備冷卻散熱方式

4.1放置自然冷卻

放置自然冷卻是散熱?對流和輻射換熱的單獨作用或兩種以上換熱形式的組合,優(yōu)點是可靠性高,成本低?放置自然冷卻受外界環(huán)境影響較大,在傳導(dǎo)路徑中容易有阻礙熱傳導(dǎo)的障礙物存在,增加熱傳導(dǎo)阻力從而使空氣換熱的傳導(dǎo)速度降低以及空氣的流動劑量降低?因此,在設(shè)備以外環(huán)境的干擾的情況下,此冷卻方式是一種比較簡潔?高效?性價比高的散熱方式?它不需要風(fēng)機或傳輸泵等的冷卻劑傳送設(shè)備,避免了因設(shè)備部件的磨損或故障影響系統(tǒng)可靠性的弊端,因此,應(yīng)優(yōu)先考慮選用自然冷卻方法?

4.2強迫通風(fēng)冷卻

在強迫風(fēng)冷在中,大功率的密集集成電子設(shè)備以及發(fā)熱量較多無法靠自然風(fēng)進(jìn)行冷卻的設(shè)備中應(yīng)用較多,因為它具有比自然冷卻中空氣更高的對流速度及更大的對流量,與其他幾種熱傳導(dǎo)方式的強迫冷卻方式相比較,此冷卻方式具有結(jié)構(gòu)簡單?成本低?維護簡便等優(yōu)點?

4.3液體冷卻液冷卻

4.3.1直接液體冷卻液冷卻

我們所說的直接液體冷卻,就是將設(shè)備電子元器件的發(fā)熱部分與冷卻液直接接觸,進(jìn)行熱量交換,發(fā)熱的元器件將產(chǎn)生的熱量傳到給冷卻液,使自身熱量降低,冷卻液溫度升高,再由冷卻液將多余的熱量散失出去?這樣的冷卻方式適用與熱密度較高或電子元器件集成密度較高的設(shè)備中,該冷卻方式需要對發(fā)熱元器件及冷卻液的特性較高,冷卻液必須滿足在電子設(shè)備的工作溫度下具有沸點高?不分解?不揮發(fā)等特性,還須滿足冷卻液不影響設(shè)備的功能?

4.3.2間接液體冷卻液冷卻

間接液體冷卻液冷卻俗稱間接液冷,指冷卻液不與發(fā)熱的電子元器件直接接觸,而是通過發(fā)熱元器件的外部設(shè)備基板等中間模塊與元器件接觸將產(chǎn)熱的熱傳導(dǎo)給間接冷卻液,冷卻液升溫后再通過冷卻液表面散失達(dá)到間接冷卻的目的?間接液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計,主要需要發(fā)熱源與中間介質(zhì)之間保持有良好的導(dǎo)熱路徑,盡可能降低熱接觸阻值?此方法冷卻液不與電子元器件直接接觸可以減少對電子設(shè)備的污染,且對冷卻液的要求沒有直接冷卻液冷卻高,且維護維修簡單?

5結(jié)束語

主要介紹了電子設(shè)備熱設(shè)計的基礎(chǔ)知識,而要進(jìn)行熱分析或是想成為一名合格的電子散熱設(shè)計師,這些基礎(chǔ)知識都是熱設(shè)計者要熟悉通曉的?只有設(shè)計者掌握了熱傳導(dǎo)的基本知識,就能夠按照設(shè)備工作方式及熱量的產(chǎn)生量,設(shè)計一種或幾種適合工業(yè)現(xiàn)場的熱傳導(dǎo)冷卻方式,滿足工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備熱傳導(dǎo)需要?

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