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第四篇 液体冷却与冷板技术(电子设备热设计)_图文

归档日期:07-13       文本归类:直接液冷      文章编辑:爱尚语录

  直接液冷 浸没、有搅动、有蒸发 强迫液冷 (泵、热交换器、流体、通道) 间接液冷 冷板(单流体热交换器)

  自然对流(104≤Gr≤108) 强迫对流,小雷诺数,层流状态 强迫对流,Re?106的紊流状态

  ——热流体和冷流体的质量流量(kg/s); ——比热(J/kg); C C t1? t1? t 2 t 2? ——分别为热、冷流体进口和出口温度(℃); ? ? ? K ——热交换器的传热系数(W/m2· ℃); A ——传热面积(m2); ?t m ——对数平均温差(℃)。

  ? 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 ?t m 若是叉流、混合流形式,则要注意修正系数? ?t 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。

  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

  采用?-NTU法对热交换器进行校核计算 的步骤: ? 计算传热系数K; ? 计算NTU及值; ? 计算或查相应图表得?值;

  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。

  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

  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 ? 103 W m 2

  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37.5?W,总 功耗为600?W。已知水的 入口温度为35?℃,水的 流量为6.3×10–5?,冷却 水管道内径为8?mm,试 计算晶体管管壳表面温度。

  H ——对流换热系数(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(℃); q m——冷却剂质量流量(kg/s); Cp——冷却剂定压比热(J/kg· ℃); t 1——冷却剂入口温度(℃); t 2——冷却剂出口温度(℃)。

  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/s· 2); m 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。22

  已知条件:冷板的结构尺寸、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 d G Φ Re ? c ?t ? ? qm C p

  ? 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。

  直接浸没式相变冷却(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 ? 分类

  ? 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 两种。

  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。

  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

  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 1标准大气压下气化时要吸取327kcal/kg的气化潜热;干 冰在1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。

  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。

  ? 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10-12) 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)

  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227?W/(m2· ℃),换热面积为9.29?m2。 试计算水的出口温度及传热量。 圆形磁控管的功耗为3.4?kW,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°,冷却管道的平均直径为100?mm,管道 为矩形截面(宽5?mm,高20?mm)。试计算阳极块所需之冷 却水流量为多少?

  参考资料 1、《电子设备热控制...(有蒸发) 蒸汽不再循环 蒸汽再循环 间接

  _第四讲_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。冷板设计 Cold ...

  、蒸发冷却、热电致冷(半导体致冷)、热管传热和其 它冷却方法(如导热模块、

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