電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)與工程案例分析

1、Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)與工程案例分析Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想第一部分 熱設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想第一部分 熱設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)1.1、準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì)1.2、熱源與熱阻

2、1.3、熱量傳遞的基本方式與有關(guān)定律1.4、熱控制方法的選擇Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì)模塊功率逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)芯片級(jí)的熱流密度高達(dá) 300 Wcm2數(shù)量級(jí)，甚 至已經(jīng)達(dá)到1000 W cm2數(shù)量級(jí) 其結(jié)溫要求低于100C太陽(yáng)表面熱流密度10000 Wcm2數(shù)量級(jí) 其表面溫度可達(dá)6000C一、電子裝備面臨的熱設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s

3、 | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì)圖 電子產(chǎn)品失效的主要原因 來(lái)源：美國(guó)空軍航空電子整體研究項(xiàng)目過(guò)熱問(wèn)題被確認(rèn)為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的三大問(wèn)題之一（強(qiáng)度與振動(dòng)、散熱、電磁兼容）Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì)（1）熱設(shè)計(jì)目標(biāo)、內(nèi)容與工具 熱設(shè)計(jì)的目標(biāo)熱設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)首先根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)與設(shè)備的工作環(huán)境條件來(lái)確定，熱設(shè)計(jì)目標(biāo)一般為設(shè)備內(nèi)部元器件允許的最高溫度。已知設(shè)備的可靠性指標(biāo)，依據(jù)GJB/ 299B1998電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手

4、冊(cè)中元器件失效率與工作溫度之間的關(guān)系，可以計(jì)算出元器件允許的最高工作溫度，此溫度即為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程上為簡(jiǎn)便計(jì)算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計(jì)后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。2、熱設(shè)計(jì)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì) 熱設(shè)計(jì)內(nèi)容定義1“根據(jù)熱設(shè)計(jì)目標(biāo)及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、重量等要求進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，主要包括冷卻方法的選擇、元器件的安裝與布局、印制電路板散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)箱散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。定義2為芯片級(jí)、元件級(jí)、組件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)提供良好

5、的熱環(huán)境及低熱阻散熱通道，保證他們能按預(yù)定的參數(shù)正常、可靠地工作?！倍x3利用熱傳遞特性，針對(duì)耗熱對(duì)象，采用合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和冷卻技術(shù)，對(duì)其溫升進(jìn)行控制，保證其正常、可靠工作。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì) 熱設(shè)計(jì)分科界定（1）熱設(shè)計(jì)（熱結(jié)構(gòu)）在所處環(huán)境下，合理設(shè)計(jì)熱傳遞結(jié)構(gòu)、冷卻方法，保障設(shè)備內(nèi)所有元器件不超過(guò)最高允許溫度。（2）熱分析（熱模擬）利用數(shù)理模型，或通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，在設(shè)計(jì)階段獲得溫度分布，預(yù)先發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的熱缺陷，從而改進(jìn)其設(shè)計(jì)。（3）

6、熱評(píng)估評(píng)估熱設(shè)計(jì)是否合理的方法和手段。（4）熱試驗(yàn)將設(shè)備置于實(shí)際（或模擬）熱環(huán)境中，測(cè)量其溫度或溫度分布Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.1 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)熱設(shè)計(jì) 熱設(shè)計(jì)理論工具熱量傳遞的基本理論、經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算傳熱學(xué)（CFD）熱測(cè)試儀器和手段 可參考的國(guó)內(nèi)書籍 邱成悌、趙惇殳 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，東南大學(xué) 余建祖，電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)及分析技術(shù)，北航出版社 王健石，電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)速查手冊(cè)，電子工業(yè)出版社 劉靜，液體金屬導(dǎo)熱材料 Accelink

7、Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想（2）熱設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.2 熱源與熱阻電子設(shè)備工作過(guò)程中可能的三種熱量來(lái)源 自身功率功率元件耗散的熱量 設(shè)備工作環(huán)境通過(guò)導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射形式，與電子設(shè)備進(jìn)行熱量傳遞 自身與環(huán)境作用設(shè)備與大氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦增溫?zé)崃咳ヌ帲簾岢粒ōh(huán)境）n熱設(shè)計(jì)原則：熱源至最終熱沉之間的總熱阻最小熱設(shè)計(jì)原則：熱源至最終

8、熱沉之間的總熱阻最小解決熱阻的辦法，兩方面入手： 控制電子元器件的內(nèi)熱阻 控制電子元器件或整機(jī)設(shè)備的外熱阻。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.2 熱源與熱阻n熱阻定義：熱阻定義： (K/W)tTRQ外熱阻的控制方式：（1）散熱利用空氣或液體作為冷卻介質(zhì)，靠自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流方式，帶走耗熱。（2）制冷利用熱電冷卻、固體升華過(guò)程吸熱、液氮蒸發(fā)過(guò)程吸熱等方式進(jìn)行制冷，使設(shè)備工作環(huán)境溫度低于周圍環(huán)境溫度。（3）恒溫利用相變材料的吸、放熱過(guò)程，可變導(dǎo)熱管的控溫特性以及熱電效應(yīng)

9、，使設(shè)備工作溫度嚴(yán)格恒定在某一溫度值，保證其工作的穩(wěn)定性。（4）熱管傳熱利用熱管高效傳熱的特性，解決大溫差環(huán)境條件下溫度的均衡，密閉機(jī)箱內(nèi)熱量的傳遞，減少溫差對(duì)設(shè)備的危害。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.3 熱量傳遞的基本方式和有關(guān)定律一、熱量傳遞的三種基本方式：一、熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射二、導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）二、導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）傅立葉導(dǎo)熱定律：傅立葉導(dǎo)熱定律： WTQAx 定義熱流密度：定義熱流密度：2 W/mQqA 對(duì)傅立葉定律在一

10、維導(dǎo)熱條件下積分，可得：對(duì)傅立葉定律在一維導(dǎo)熱條件下積分，可得：tTQR 由此可得由此可得導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻計(jì)算公式為：計(jì)算公式為： K/WtRA A為垂直于熱流方向的截面積；為垂直于熱流方向的截面積；為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/(mK)，它是表征，它是表征材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。導(dǎo)熱問(wèn)題的熱電比擬關(guān)系：導(dǎo)熱問(wèn)題的熱電比擬關(guān)系：t TI R R UQ電位差溫差電流導(dǎo)熱量電阻熱阻Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想Accel

11、ink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想三、對(duì)流換熱三、對(duì)流換熱自然對(duì)流流動(dòng)產(chǎn)生的原因強(qiáng)迫對(duì)流層流流動(dòng)性質(zhì)湍流牛頓冷卻公式：牛頓冷卻公式：QA T由牛頓公式可得對(duì)流換熱熱阻計(jì)算公式為：由牛頓公式可得對(duì)流換熱熱阻計(jì)算公式為：1tRA 基本概念及計(jì)算式基本概念及計(jì)算式通過(guò)量綱分析法，可得對(duì)流換熱的兩個(gè)準(zhǔn)則方程通過(guò)量綱分析法，可得對(duì)流換熱的兩個(gè)準(zhǔn)則方程自然對(duì)流自然對(duì)流()nNuc GrPr強(qiáng)迫對(duì)流強(qiáng)迫對(duì)流mnNucRe Pr 其中其中為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為對(duì)流換熱系數(shù)，單位W/(m2K)，表

12、征了換熱表面的平均對(duì)流，表征了換熱表面的平均對(duì)流換熱能力。換熱能力。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想幾個(gè)準(zhǔn)則數(shù)的計(jì)算公式及物理意義：幾個(gè)準(zhǔn)則數(shù)的計(jì)算公式及物理意義：努塞爾數(shù)：努塞爾數(shù)：LNu對(duì)流換熱導(dǎo)熱雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：uLRe慣性力粘性力普朗特?cái)?shù)：普朗特?cái)?shù)：pcPr動(dòng)量擴(kuò)散熱量擴(kuò)散格拉曉夫數(shù)：格拉曉夫數(shù)：32VLg TGr浮升力粘性力 L 特征尺寸，m； u 流體速度，m/s； cp 比熱容，kJ/(kgK)； 動(dòng)力粘度，Pas； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)； V 體膨脹

13、系數(shù)，1； g 重力加速度，m/s2； T流體與壁面的溫差。用準(zhǔn)則方程求出用準(zhǔn)則方程求出Nu后，即可求出對(duì)流換熱系數(shù)：后，即可求出對(duì)流換熱系數(shù)：NuLAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想四、輻射換熱四、輻射換熱40AT 式中：式中： 物體的表面黑度（表面輻射率）；物體的表面黑度（表面輻射率）； 0 斯蒂芬斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，5.6710-8 W/(m2K4)； A 輻射表面積，輻射表面積，m2； T 物體表面的熱力學(xué)溫度，物體表面的熱力學(xué)溫度，K。 減小輻射

14、熱阻的措施減小輻射熱阻的措施1. 表面輻射率要高；表面輻射率要高； 2. 輻射體與吸收體之間要無(wú)障礙；輻射體與吸收體之間要無(wú)障礙；3. 輻射面積要大。輻射面積要大。 輻射能以電磁波的形式傳遞輻射能以電磁波的形式傳遞 任意物體的輻射力可以用下式計(jì)算：任意物體的輻射力可以用下式計(jì)算：Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想專題 熱阻分析法熱阻分析法( (熱電模擬熱電模擬) )一、熱電模擬方法一、熱電模擬方法 將熱流量（功耗）模擬為電流；溫差模擬為電壓（或稱電位差）；熱阻模擬為電阻

15、，熱將熱流量（功耗）模擬為電流；溫差模擬為電壓（或稱電位差）；熱阻模擬為電阻，熱導(dǎo)模擬為電導(dǎo)；對(duì)于瞬態(tài)傳熱問(wèn)題，可以把熱容（導(dǎo)模擬為電導(dǎo)；對(duì)于瞬態(tài)傳熱問(wèn)題，可以把熱容（c cp pq qm m）模擬為電容。這種模擬方法適用于）模擬為電容。這種模擬方法適用于各種傳熱形式，尤其是導(dǎo)熱。各種傳熱形式，尤其是導(dǎo)熱。二、熱電模擬網(wǎng)絡(luò)二、熱電模擬網(wǎng)絡(luò) 利用熱電模擬的概念，可以解決穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的傳熱計(jì)算。恒溫?zé)嵩吹刃в诶硐氲暮銐涸础：憷脽犭娔M的概念，可以解決穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的傳熱計(jì)算。恒溫?zé)嵩吹刃в诶硐氲暮銐涸?。恒定的熱流源等效為理想的電流源。?dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱的區(qū)域均可用熱阻來(lái)處理。熱沉等效定的熱流源等效為

16、理想的電流源。導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱的區(qū)域均可用熱阻來(lái)處理。熱沉等效于于“接地接地”，所有的熱源和熱回路均與其相連接，形成熱電模擬網(wǎng)絡(luò)。，所有的熱源和熱回路均與其相連接，形成熱電模擬網(wǎng)絡(luò)。三、傳熱路徑三、傳熱路徑 從實(shí)際傳熱觀點(diǎn)而言，熱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)利用中間散熱器，它們一般屬于設(shè)備的一部分，通常為設(shè)從實(shí)際傳熱觀點(diǎn)而言，熱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)利用中間散熱器，它們一般屬于設(shè)備的一部分，通常為設(shè)備的底座、外殼或機(jī)柜、冷板、肋片式散熱器或設(shè)備中的空氣、液體等冷卻劑。備的底座、外殼或機(jī)柜、冷板、肋片式散熱器或設(shè)備中的空氣、液體等冷卻劑。 熱流量經(jīng)傳熱路徑至最終的部位，通稱為熱流量經(jīng)傳熱路徑至最終的部位，通稱為“熱沉熱沉”，

17、它的溫度不隨傳遞到它的熱量大小而變，它的溫度不隨傳遞到它的熱量大小而變，即相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大容器。熱沉可能是大氣、大地、大體積的水或宇宙，取決于被冷卻設(shè)備所處即相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大容器。熱沉可能是大氣、大地、大體積的水或宇宙，取決于被冷卻設(shè)備所處的環(huán)境。的環(huán)境。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想四、熱阻的確定四、熱阻的確定確定熱阻的步驟確定熱阻的步驟a. 根據(jù)對(duì)每個(gè)元器件的可靠性要求，確定元器件的最高允許溫度根據(jù)對(duì)每個(gè)元器件的可靠性要求，確定元器件的最高允許溫度b. 確定設(shè)備

18、或冷卻劑的最高環(huán)境溫度確定設(shè)備或冷卻劑的最高環(huán)境溫度c. 根據(jù)上述兩條規(guī)定，確定每個(gè)元器件的允許溫升根據(jù)上述兩條規(guī)定，確定每個(gè)元器件的允許溫升d. 確定每個(gè)元器件冷卻時(shí)所需的熱阻確定每個(gè)元器件冷卻時(shí)所需的熱阻 熱阻的計(jì)算熱阻的計(jì)算a. 導(dǎo)熱熱阻和對(duì)流熱阻的計(jì)算式參見(jiàn)導(dǎo)熱熱阻和對(duì)流熱阻的計(jì)算式參見(jiàn)前面內(nèi)容前面內(nèi)容b. 輻射換熱網(wǎng)絡(luò)法輻射換熱網(wǎng)絡(luò)法任意兩表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)如下圖所示：任意兩表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)如下圖所示： 圖中圖中Eb1和和Eb2分別代表同溫度下的表面分別代表同溫度下的表面1和表面和表面2的黑體輻射力；的黑體輻射力；J1和和J2分別為表面分別為表面1和和表面表面2的有效輻射。的有效輻射。

19、Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想應(yīng)用例：芯片封裝熱阻的電網(wǎng)絡(luò)模擬 從晶片傳到外殼經(jīng)過(guò)5個(gè)環(huán)節(jié)晶片的熱阻；晶片粘接劑（導(dǎo)熱膠）熱阻 基底(substrate)的熱阻基底粘接劑（焊錫）熱阻封裝(package)的熱阻Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1.4 熱控制方法的選擇熱控制方法的選擇冷卻方法可以根據(jù)熱流密度和冷卻方法可以根據(jù)熱流密度和溫升要求

20、，按右圖關(guān)系進(jìn)行選溫升要求，按右圖關(guān)系進(jìn)行選擇。這種方法擇。這種方法適用于溫升要求適用于溫升要求不同的各類設(shè)備的冷卻不同的各類設(shè)備的冷卻 由右圖可知，當(dāng)元件表面與環(huán)境之由右圖可知，當(dāng)元件表面與環(huán)境之間的允許溫差間的允許溫差T為為60時(shí)，空氣時(shí)，空氣的自然對(duì)流（包括輻射）僅對(duì)熱流的自然對(duì)流（包括輻射）僅對(duì)熱流密度低于密度低于0.05W/cm2時(shí)有效。時(shí)有效。 強(qiáng)迫風(fēng)冷可使表面對(duì)流換熱系數(shù)強(qiáng)迫風(fēng)冷可使表面對(duì)流換熱系數(shù)大約提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，如在允許大約提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，如在允許溫差為溫差為100時(shí)，風(fēng)冷最大可能時(shí)，風(fēng)冷最大可能提供提供1W/cm2 的傳熱能力。的傳熱能力。Accelink Technol

21、ogies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想第二部分 以空氣為介質(zhì)的冷卻Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2.1、空冷首先應(yīng)當(dāng)重視對(duì)流2.2、空冷中的傳導(dǎo)2.3、風(fēng)冷中的風(fēng)道設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)選用Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2.1、空冷首先應(yīng)當(dāng)重視對(duì)流一、空冷對(duì)流設(shè)

22、計(jì)一般原則1）器件、印制板的排布原則風(fēng)冷l 將耐熱性能好的放在冷卻氣流的下游，耐熱性能差的應(yīng)放在冷卻氣流的上游。l 發(fā)熱區(qū)的中心線，應(yīng)與入風(fēng)口的中心線相一致或略低于入風(fēng)口的中心線，這樣可以使電子機(jī)箱受熱而上升的熱空氣由冷卻空氣迅速帶走。l 當(dāng)風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻氣流經(jīng)多塊印制板組件時(shí)，印制板的間距應(yīng)控制在13mm左右l 器件盡量交錯(cuò)方式排列，以增強(qiáng)紊流。必要時(shí)可在空位增設(shè)紊流器。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想自冷l 溫度分區(qū)（與風(fēng)冷同）按耐熱程度分區(qū)：耐熱性差的放氣流上游

23、，耐熱性好的電子元器件放在下游。按發(fā)熱量分區(qū)：如把大規(guī)模集成電路放在冷卻氣流的上游處，小規(guī)模集成電路放在下游，以使印制板上元器件的溫升趨于均勻。l 自冷印制板的間距應(yīng)控制在不小于19mm，電路板上電子元件安裝高度相差比較大時(shí)，應(yīng)保證最高元件與屏蔽盒內(nèi)壁之間的間隙不小于23mm，否則將影響盒子中部的自然對(duì)流。l 有利紊流電子元器件安裝的方位應(yīng)符合氣流的流動(dòng)特性及有利于提高氣流的紊流程度。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2）熱設(shè)計(jì)的檢查自然冷卻l 是否使用最短的熱流通路？

24、l 是否利用金屬作為導(dǎo)熱通路？l 電子元器件是否采用垂直安裝和交錯(cuò)排列？l 對(duì)熱敏感的元器件是否與熱源隔離，當(dāng)二者距離小于50mm時(shí)，是否采用熱屏蔽罩？l 對(duì)于發(fā)熱功率大于0.5W的元器件，是否裝在金屬底座上或與散熱器之間設(shè)置良好的導(dǎo)熱通路？l 熱源表面的黑度是否足夠大？l 是否有供通風(fēng)的百葉窗口？l 對(duì)于密閉式熱源，是否提供良好的導(dǎo)熱通路？Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想強(qiáng)迫空氣冷卻l 流向發(fā)熱元器件的空氣是否經(jīng)過(guò)冷卻過(guò)濾？l 是否利用順流氣流來(lái)對(duì)發(fā)熱元器件進(jìn)行冷卻

25、？l 氣流通道大小是否適當(dāng)？是否暢通無(wú)阻？l 風(fēng)機(jī)的容量是否適當(dāng)？抽風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)是否選擇恰當(dāng)？l 風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)是否得到冷卻？對(duì)風(fēng)機(jī)故障是否采用防護(hù)措施？l 空氣過(guò)濾器是否適當(dāng)？是否易于清洗和更換？l 是否已對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)中的氣流分布進(jìn)行過(guò)測(cè)量？l 關(guān)鍵的功率器件是否有適當(dāng)?shù)臍饬髁鬟^(guò)？l 是否測(cè)量過(guò)功率器件的臨界溫度？l 是否測(cè)量過(guò)風(fēng)機(jī)的噪聲？l 易損壞的散熱片是否有保護(hù)措施？l 在機(jī)載電子設(shè)備中，是否具有防水措施？Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想1）自冷合理開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔通風(fēng)

26、孔散熱的熱量計(jì)算公式：H 自然冷卻設(shè)備的高度（或進(jìn)、出風(fēng)孔的中心距）（cm）;A0 進(jìn)風(fēng)孔或出風(fēng)孔的面積（取較小值）（cm2）設(shè)備內(nèi)部空氣溫度t2與外部空氣溫度t1之差（）。二、盡量增大對(duì)流效果5 . 105-t104 . 7HA12ttt Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔的基本原則：l 開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔要有利于形成有效的自然對(duì)流通道l進(jìn)風(fēng)孔與出風(fēng)孔要遠(yuǎn)離，并且要防止氣流短路，應(yīng)開(kāi)在溫度差較大的相應(yīng)位置，進(jìn)風(fēng)孔盡量低，出風(fēng)孔要盡量高l進(jìn)風(fēng)孔對(duì)準(zhǔn)關(guān)鍵元件l進(jìn)出風(fēng)孔要

27、兼顧電磁屏蔽、防塵Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2）自冷電子機(jī)箱外自冷的熱計(jì)算公式自然對(duì)流換熱計(jì)算方法1自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則方程hc自然對(duì)流換熱系數(shù)（W/(m2.)）k冷卻流體的導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m.)）D特征尺寸(按下表取)（m）C，n由下表確定的系數(shù)（無(wú)量綱）Gr格拉曉夫數(shù)（無(wú)量綱）Pr普朗特?cái)?shù)（無(wú)量綱）ncGrCDkPr)(hAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓

28、 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想自然對(duì)流換熱計(jì)算方法2物理參數(shù)簡(jiǎn)化方程式中，熱流密度（W/m2） 熱流量（W） A換熱面積（m2） C,D系數(shù)C，n和特征尺寸D由上表確定； t換熱表面與空氣的溫差（）該公式的使用條件：任意方向的幾何尺寸小于600mm（電子元器件、小電子設(shè)備）空氣物性參數(shù)20200，變化6%內(nèi)（以控制誤差）)/(5 . 2225. 025. 1mWDtCAAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h

29、t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想自然對(duì)流換熱計(jì)算方法3列線圖步驟：根據(jù)設(shè)備、器件的形狀、尺寸及位置，求得C和D值（上表中的層流項(xiàng)）通過(guò)列線圖中的C和D標(biāo)尺，在無(wú)刻度的X標(biāo)尺上得到一個(gè)交點(diǎn)；再連接X(jué)上的交點(diǎn)和t標(biāo)尺上的t值點(diǎn)，在/A標(biāo)尺上得到/A值，反之，若已知和A值，也可以求得t值。舉例:一個(gè)電子設(shè)備處于環(huán)境溫度為35的空氣中，其表面溫度為85，設(shè)備機(jī)箱外殼尺寸為：長(zhǎng)200mm，寬200mm，高300mm，計(jì)算該機(jī)箱頂部表面僅靠自然對(duì)流能散掉多少熱量？根據(jù)前表確定C值，熱面朝上的散熱平面，C=0.54;t=85-35=50；連接右圖中D標(biāo)尺上的

30、0.2m和C標(biāo)尺上的0.54在X標(biāo)尺上得交點(diǎn)X0;連接X(jué)0與t尺上的50點(diǎn)，在/A標(biāo)尺上得交點(diǎn)為270，即)/(270/2mWA 計(jì)算頂面散熱量）（WA8 .102 . 02 . 0270Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2.2、空冷中的傳導(dǎo)1、導(dǎo)熱熱阻（傳導(dǎo)熱阻） K/WtRA1. 縮短路徑縮短路徑 2. 增大面積增大面積 3. 提高導(dǎo)熱系數(shù)提高導(dǎo)熱系數(shù)減小導(dǎo)熱熱阻的方法減小導(dǎo)熱熱阻的方法式中：式中： 平壁厚度，平壁厚度，m； 導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)， W/mk ； A

31、垂直于熱流方向的橫截面面積垂直于熱流方向的橫截面面積，m2 ；Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2、接觸熱阻 在多層壁導(dǎo)熱計(jì)算時(shí)，都是假設(shè)層與層之間完全緊密接觸的理想情況，實(shí)際上，接觸表面是不可能絕對(duì)平整和光滑的，因此，兩表面的接觸點(diǎn)發(fā)生在一些離散的接觸面上。這樣在接觸面處將出現(xiàn)溫差，這是由于在接觸界面處產(chǎn)生了一個(gè)附加的熱阻，叫接觸熱阻 接觸界面的熱阻由局部接觸面上的導(dǎo)熱熱阻 和間隙中的介質(zhì)導(dǎo)熱熱阻 組成 假設(shè)兩接觸面的近似接觸面積Aa由兩接觸材料之間的實(shí)際接觸面積Ac

32、和沒(méi)有接觸的間隙面積Av所組成， 若有效非接觸空間的厚度為，兩接觸表面的不規(guī)則高度為/2,則通過(guò)接觸界面的熱流量由兩部分組成)()(t22121212121ttAKttAkkkAkktacvvfvC）（tsRtdRt1,t2表面1和表面2接觸界面的溫度k1,k2表面1和表面2材料的導(dǎo)熱系數(shù)kf間隙中介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)kc接觸傳熱系數(shù)Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想接觸表面接觸點(diǎn)的數(shù)量、形狀、大小及分布規(guī)律；接觸表面的幾何形狀(波紋度和粗糙度)；非接觸間隙的平均厚度；間隙中

33、介質(zhì)的種類（真空、液體、氣體）；接觸表面的硬度；接觸表面之間的壓力大小，接觸界面表面的氧化程度和清潔度；接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù)。影響接觸熱阻的主要因素影響接觸熱阻的主要因素:表面粗糙度和接觸壓力對(duì)接觸熱阻的影響Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想3、收縮熱阻熱收縮效應(yīng)在一個(gè)恒熱源下的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度要高于其他部位的溫度，其溫度為t0熱量全部擴(kuò)散到整個(gè)導(dǎo)熱介質(zhì)表面上的溫度； 收縮效應(yīng)溫升，只取決于材料傳導(dǎo)系數(shù)與幾何參數(shù)ct收縮熱阻求法： 先求 按照”熱歐姆定律公式”得收縮熱阻離散

34、熱源的收縮效應(yīng)cjttt0ctAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想熱收縮效應(yīng)溫升公式無(wú)限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓形熱源，介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)為k，熱源半徑為r1有限大的導(dǎo)熱介質(zhì)(半徑為r2的圓柱)上的圓形熱源（半徑為r1）不同熱源及不同形狀的導(dǎo)熱介質(zhì)，其t有不同的計(jì)算公式Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想長(zhǎng)窄條熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上：短而窄的熱源在有效導(dǎo)熱介質(zhì)上：

35、其中Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想熱收縮效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用芯片組件金屬導(dǎo)熱模塊Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想從芯片結(jié)到外殼（散熱器）的傳熱例：在一塊15.24X20.32鋁基板上，有四塊1.27X1.27mm的半導(dǎo)體芯片結(jié)合到基板，芯片A為3.24W，芯片B為2.81W,芯片C為2.52W，芯片D為3.03W，對(duì)稱布置，各部分厚度如下圖b，可伐

36、蓋加在鋁散熱器上，并保持55，芯片A的功耗最大，所以主要分析芯片A的溫度Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想 所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)為： 半導(dǎo)體芯片的熱源直徑為0.889mm 雖然鋁基板與可伐蓋組件有3.556mm的空氣隙，這里的分析仍不考慮空氣隙的導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射影響。 分析前做如下簡(jiǎn)化假設(shè)： 忽略空氣隙的導(dǎo)熱和輻射； 用鋁基板面積作為計(jì)算準(zhǔn)則，即不考慮柯伐蓋板比鋁基板面積稍大的問(wèn)題，也不考慮熱量傳向鋁散熱器時(shí)在柯伐蓋上的擴(kuò)散 考慮鋁基板及柯伐載體和厚膜的橫向?qū)?。這種“熱

37、擴(kuò)散”類似于上述的收縮效應(yīng)。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想具有收縮效應(yīng)的等效熱路圖如右圖。各層的導(dǎo)熱熱阻可用下式計(jì)算kARt由右邊項(xiàng)，可以計(jì)算鋁基板的表面溫度t1)(55t1SGKOEFALRRRR其中是芯片A、B、C、D的功耗，當(dāng)=11.6W時(shí)，t1=62.2。此溫度就是迫使熱量從四個(gè)芯片流經(jīng)圖中所示的熱阻，傳向55的散熱器的驅(qū)動(dòng)力。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s

38、 | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想 現(xiàn)分析芯片A，芯片A下面的實(shí)際溫度為t2,它是克服熱量從芯片A傳至基板的收縮作用的驅(qū)動(dòng)力，該收縮作用所產(chǎn)生的熱阻為Rca 若 ，則 計(jì)算12tttc24. 3tc1tRcCAct芯片A的表面溫度3 .10624. 3)108. 10003. 0(7 .102)(123CHSVRRttAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2.3、風(fēng)冷中的風(fēng)道設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)選用（一）風(fēng)道設(shè)計(jì)風(fēng)冷的潛力在于風(fēng)道1、風(fēng)道的基本設(shè)計(jì)原則l 為降低阻力損失盡量短；避免急彎；避

39、免驟然擴(kuò)展/收縮；內(nèi)表面盡量光滑l 為提高空氣輸送能力截面盡量接近正方形；矩形長(zhǎng)寬比不得大于6/1l 為密封所有搭接臺(tái)階都應(yīng)順著流動(dòng)方向l 進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)應(yīng)降低阻力，且要起到濾塵作用Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想風(fēng)道的入口應(yīng)避免速度劇變盡力減小箱體對(duì)空氣的流動(dòng)阻力：例如減少不必要的尖角、彎頭、突擴(kuò)或突縮；不使局部地區(qū)流速過(guò)高（大于7m/s）或流速過(guò)低（會(huì)使傳熱惡化，塵埃沉積。）a、因風(fēng)道伸出而產(chǎn)生的湍流使空氣入口的壓力損失增大；b、空氣入口處的斜邊使壓力損失減小Acce

40、link Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2、機(jī)箱級(jí)風(fēng)道（主要潛力） 具有平行風(fēng)道的冷卻系統(tǒng)，要求氣流進(jìn)入機(jī)箱后，形成高的靜壓和低的動(dòng)壓，以便提高冷卻效果，降低出口和彎曲處的壓力損失。 如果機(jī)箱比較長(zhǎng)，功耗較大，而風(fēng)道截面不增加，則必須增加冷卻空氣的氣流。 右圖結(jié)構(gòu)，上下風(fēng)道的截面不變而且相等時(shí)，流體流至下風(fēng)道叉口處膨脹，使壓力上升，而且可能使下風(fēng)口叉口處的壓力大于上風(fēng)道叉口處的壓力，將導(dǎo)致氣流回流。有可能出現(xiàn)下風(fēng)道叉口處的壓力大于上風(fēng)道出口處壓力與支管阻力損失之和而產(chǎn)生回流現(xiàn)象風(fēng)道結(jié)

41、構(gòu)形式不好Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想 為防止氣流回流，進(jìn)風(fēng)道截面積應(yīng)大于各分支風(fēng)道截面積總和 采用錐形風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式，可以使風(fēng)道中任意一點(diǎn)的截面積大于支風(fēng)道的截面積Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想專項(xiàng) 典型風(fēng)道自然散熱機(jī)箱典型風(fēng)道風(fēng)道一. 1/2U機(jī)箱平放自然散熱風(fēng)道，機(jī)箱出風(fēng)口在機(jī)箱頂部，模塊或板卡自然散熱冷卻，如果機(jī)箱頂部有其他設(shè)備，

42、需要與風(fēng)道隔離，避免熱空氣對(duì)機(jī)箱的影響；另外，除進(jìn)、出風(fēng)口外，其他部分需要完全密封。風(fēng)道二. 1/2U機(jī)箱平放自然散熱風(fēng)道,機(jī)箱進(jìn)出風(fēng)口都在機(jī)箱兩側(cè)，內(nèi)部流場(chǎng)混亂，不利自然散熱煙囪效應(yīng)，適合較小熱功率設(shè)備機(jī)箱；模塊或者插卡自然冷卻、必須為平放，機(jī)箱兩側(cè)盡量遠(yuǎn)離高功率發(fā)熱器設(shè)備，另外，除進(jìn)、出風(fēng)口外，其他部分需要完全密封。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想風(fēng)道三，5U以上高度自然散熱機(jī)箱，機(jī)箱出風(fēng)口在機(jī)箱頂部，模塊或板卡自然散熱冷卻，模塊或插卡必須為上下風(fēng)道。Acceli

43、nk Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱機(jī)箱典型風(fēng)道風(fēng)道一，鼓風(fēng)風(fēng)道，1/2U插卡平放機(jī)箱，機(jī)箱采用側(cè)進(jìn)出風(fēng)，機(jī)箱風(fēng)扇正吹插卡，靠近風(fēng)扇的區(qū)域換熱效果最佳，由于風(fēng)道必然存在漏風(fēng)，而且右端區(qū)域風(fēng)速相對(duì)較低，換熱弱；同時(shí)機(jī)箱內(nèi)為正壓，灰塵不會(huì)從縫隙進(jìn)入機(jī)箱。風(fēng)道二，抽風(fēng)風(fēng)道，1/2U插卡平放機(jī)箱，機(jī)箱采用側(cè)進(jìn)出風(fēng)，機(jī)箱左側(cè)進(jìn)風(fēng)，流場(chǎng)分布均勻，各區(qū)域換熱強(qiáng)度相差不大，機(jī)箱內(nèi)為負(fù)壓，灰塵將通過(guò)縫隙進(jìn)入機(jī)箱。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h

44、t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想風(fēng)道三，典型的機(jī)箱通風(fēng)風(fēng)道，采用風(fēng)扇抽風(fēng)，進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱下方，國(guó)外和主流廠商都采用這種風(fēng)道，但對(duì)風(fēng)扇的要求采用高風(fēng)量，高風(fēng)壓，低噪聲。風(fēng)道四，典型的機(jī)箱通風(fēng)風(fēng)道，鼓風(fēng)的換熱強(qiáng)度比抽風(fēng)時(shí)高，但送風(fēng)不均勻，在風(fēng)扇中心和風(fēng)扇之間都存在回流死區(qū)，注意死區(qū)的存在對(duì)散熱的影響，將發(fā)熱芯片布置在氣流集中的地方；將風(fēng)扇與單板保持50mm的距離，可使得流場(chǎng)均勻，但將增加高度空間，另外，風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)口距離底板較近，會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，進(jìn)風(fēng)受障礙，所以盡量增加距離。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h

45、t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想風(fēng)道五，采用離心風(fēng)扇抽風(fēng)，向后排出，進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱前下方，該風(fēng)道對(duì)離心風(fēng)扇的性能要求高，需要采用風(fēng)量大，風(fēng)壓大，噪聲小。風(fēng)道六，風(fēng)道六中如果沒(méi)有合適的離心風(fēng)扇可選，可以采用軸流風(fēng)扇豎放代替，但風(fēng)扇模塊將占用較大空間高度；如果機(jī)箱高度有限制，可將風(fēng)扇平放，但風(fēng)扇出風(fēng)口上方還是得留一定出風(fēng)空間，至少40mm。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想通風(fēng)機(jī)可分為離心式（下圖通風(fēng)機(jī)可分為離心式（下圖(a)

46、(a)）和軸流式下圖）和軸流式下圖(b)(b)兩類。兩類。風(fēng)機(jī)（二）、風(fēng)機(jī)的選用及其配合結(jié)構(gòu)Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想 軸流式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)量大、風(fēng)壓小。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為螺旋槳式、圓筒軸流式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)量大、風(fēng)壓小。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為螺旋槳式、圓筒式和導(dǎo)葉式三種。其中螺旋槳式壓力最小，一般用于空氣循環(huán)裝置。圓筒式和導(dǎo)式和導(dǎo)葉式三種。其中螺旋槳式壓力最小，一般用于空氣循環(huán)裝置。圓筒式和導(dǎo)葉式用于中、低系統(tǒng)阻力并且要求提供較大空氣流量的電子設(shè)備的冷卻。葉式用

47、于中、低系統(tǒng)阻力并且要求提供較大空氣流量的電子設(shè)備的冷卻。 離心式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)壓較高，一般用于阻力較大發(fā)熱元器件或機(jī)柜離心式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)壓較高，一般用于阻力較大發(fā)熱元器件或機(jī)柜的冷卻。的冷卻。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想(1)通風(fēng)機(jī)的特性曲線通風(fēng)機(jī)在固定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，其壓力、效率、功率隨風(fēng)量（橫坐標(biāo)）變化的關(guān)系 不與風(fēng)道連接時(shí)，靜壓為零，風(fēng)量最大； 出口被堵住時(shí)，風(fēng)量為零，靜壓最高； 中間一點(diǎn)效率最高，應(yīng)在其附近工作。 前彎式離心機(jī)效率最高時(shí)，總壓力最大。1、

48、風(fēng)機(jī)的風(fēng)道匹配選用法前彎式通風(fēng)機(jī)特性Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想離心式風(fēng)機(jī)的特性曲線從下圖，后彎式效率最高，前彎式最低，但前彎式壓力高，風(fēng)量大，其缺點(diǎn)是功率曲線上升陡峭，當(dāng)壓力減低時(shí)，風(fēng)量增大，而功率隨之不斷增加，易過(guò)載。而后彎式功率曲線平坦，達(dá)到最大值后，隨風(fēng)量的增加，功率反而減小，不易過(guò)載。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想軸流式風(fēng)機(jī)的

49、特性曲線其特點(diǎn)是風(fēng)壓曲線很陡斜，所以當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)阻較大時(shí)，若使用軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量就很小，如圖a，一旦風(fēng)量為零，功率達(dá)到最大，如圖c.Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想（2）風(fēng)道特性曲線由此可見(jiàn)，所需的壓降、總壓力均與風(fēng)量的平方成正比，即將上述關(guān)系式用曲線表示，即風(fēng)道的特性曲線，圖中1,2,3三條曲線分別代表三個(gè)風(fēng)道的特性曲線。風(fēng)機(jī)的總壓力用來(lái)克服通風(fēng)管道的阻力，并在出口處造成一定的速度頭，即Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t

50、 i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想風(fēng)機(jī)風(fēng)道參數(shù)匹配設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)風(fēng)道特性曲線與通風(fēng)機(jī)特性曲線的交點(diǎn)。設(shè)計(jì)思路;1、額定風(fēng)量由換熱計(jì)算得出2、風(fēng)道特性曲線通過(guò)計(jì)算或查手冊(cè)得出3、風(fēng)機(jī)特性曲線（即選風(fēng)機(jī)）與風(fēng)道特性曲線交點(diǎn)匹配選擇，要達(dá)到（1）交點(diǎn)滿足額定風(fēng)量（2）額定風(fēng)量盡可能達(dá)到效率最高(對(duì)應(yīng)總壓最大)Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2、風(fēng)機(jī)與風(fēng)道間的結(jié)構(gòu)關(guān)系（1）引風(fēng)段位置關(guān)系進(jìn)風(fēng)要有引風(fēng)段。葉片不同位置的速度分布葉片

51、應(yīng)安裝在通風(fēng)道的下游，這時(shí)風(fēng)道較長(zhǎng)，氣流速度分布可以得到改善。如風(fēng)道90的彎曲處，葉片應(yīng)裝在氣流的下游，如果安裝在氣流的上游，在出口處容易形成渦流，而影響通風(fēng)冷卻的效果。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想（2）整機(jī)抽風(fēng)冷卻和鼓風(fēng)冷卻抽風(fēng)冷卻特點(diǎn)風(fēng)量均勻，風(fēng)壓小，負(fù)壓，難以控制灰塵；不計(jì)風(fēng)機(jī)功耗。常用在機(jī)柜中各單元熱量分布比較均勻、和元件所需冷卻表面的風(fēng)阻較小的情況鼓風(fēng)冷卻特點(diǎn)風(fēng)量集中，風(fēng)壓大；正壓；有利于清除塵埃與臟物，增加氣流的擾動(dòng)，但使氣流進(jìn)口溫度提高。通常用在單元

52、內(nèi)熱量分布不均勻，各單元需要專門風(fēng)道冷卻，風(fēng)阻較大，元件較多情況下。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想（3）降低漏風(fēng)當(dāng)有縫隙存在時(shí)，抽風(fēng)形式的冷卻效果比鼓風(fēng)形式好。大型機(jī)柜在強(qiáng)迫通風(fēng)時(shí)，機(jī)柜縫隙的漏風(fēng)將直接影響散熱效果機(jī)柜四周密封不漏風(fēng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的位置對(duì)通風(fēng)效果沒(méi)有影響，沿機(jī)柜高度方向任意一個(gè)發(fā)熱區(qū)斷面，風(fēng)量基本相同，圖a機(jī)柜四側(cè)存在縫隙，當(dāng)通風(fēng)機(jī)安裝在出口處抽風(fēng)時(shí)，外界空氣從縫隙進(jìn)入機(jī)柜，風(fēng)量從入口到出口是逐漸增加的，圖b 當(dāng)通風(fēng)機(jī)裝在入口處鼓風(fēng)時(shí)，機(jī)柜內(nèi)靜壓較高，氣流

53、將從縫隙漏出，風(fēng)量沿機(jī)柜方向逐漸減少，圖c 采用串聯(lián)通風(fēng)形式，機(jī)柜內(nèi)部氣壓分為正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)兩部分，既有氣流從縫隙流入，也有從縫隙流出，沿機(jī)柜高度方向風(fēng)量分布如圖dAccelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想3.風(fēng)機(jī)之間的關(guān)系流量：Q=Q1=Q2靜壓：P=P1+P2流量：Q=Q1+Q2靜壓：P=P1=P2Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想第三部分 熱設(shè)計(jì)案

54、例Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想第三部分 熱設(shè)計(jì)案例一、微納衛(wèi)星熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真二、某3G移動(dòng)基站的熱仿真及優(yōu)化三、戶外通信電源的熱分析四、ZTE EDFA模塊熱分析Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想案例一 某型微納衛(wèi)星熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 微納衛(wèi)星：質(zhì)量小于10kg，具有實(shí)際使用功能的衛(wèi)星。即將在9月15日20日發(fā)射的天宮二號(hào)，其攜帶的一顆伴隨衛(wèi)

55、星就是一顆微納衛(wèi)星。 衛(wèi)星主要有載荷倉(cāng)、模塊盒、太陽(yáng)電池帆板等部分組成，載荷倉(cāng)內(nèi)包含有微慣性組合、電池組、儲(chǔ)箱、相機(jī)等組件，具有對(duì)地成像、信息傳輸功能。 衛(wèi)星運(yùn)行在高真空太空環(huán)境，熱傳導(dǎo)主要通過(guò)傳導(dǎo)和輻射進(jìn)行。 衛(wèi)星熱控設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)合理的熱設(shè)計(jì)方法和熱控制手段，提供衛(wèi)星有效載荷和衛(wèi)星平臺(tái)各分系統(tǒng)儀器設(shè)備正常工作所需的環(huán)境溫度，同時(shí)保證衛(wèi)星表面所有設(shè)備工作在所需的溫度范圍。 遵循的原則：采用成熟的熱控技術(shù)和實(shí)施工藝，遵循各項(xiàng)熱控規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，力求簡(jiǎn)單、可靠；整星熱設(shè)計(jì)本著被動(dòng)熱控方式為主，在被動(dòng)熱控方式不能滿足要求時(shí)，再考慮電加熱補(bǔ)償?shù)闹鲃?dòng)熱控手段，力求實(shí)現(xiàn)最佳熱耦合機(jī)制；星內(nèi)一般一起設(shè)備的溫

56、度范圍設(shè)計(jì)余量為10。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想熱控措施：綜合考慮衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、溫度要求以及所處的空間環(huán)境，采取如下熱控措施： 載荷艙內(nèi)除推進(jìn)系統(tǒng)采取特殊的熱控制措施外，其他載荷外表面進(jìn)行發(fā)黑處理，表面黑度0.8； 模塊和載荷艙身內(nèi)表面0.5； 模塊盒內(nèi)各電路板與其安裝面之間填充導(dǎo)熱材料或?qū)嶂?位于星外的磁強(qiáng)計(jì)、GPS天線等的外表面噴涂有機(jī)灰漆或有機(jī)黑漆，/=0.85/0.8Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n

57、 g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想 軟件IDEAS TMG建立衛(wèi)星整體有限元模型及載荷艙的有限元模塊如下圖 空間背景為 4K 冷黑空間，并輸入軌道、姿態(tài)等參數(shù)(太陽(yáng)同步圓軌道、高度取 550km、傾角取 95、降交點(diǎn)地方時(shí)取 11:00等)，三軸穩(wěn)定姿態(tài)時(shí)，+Z 軸指向地心、+X 指向飛行方向。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想穩(wěn)態(tài)情況下，衛(wèi)星各部分溫度如下表所示Accelink Technologies Co., Ltd.L i

58、g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想下圖分別是衛(wèi)星整體、載荷艙、太陽(yáng)電池帆板、頂板及磁強(qiáng)計(jì)與 GPS 天線的溫度分布云圖仿真結(jié)果可以看出，所采取的熱設(shè)計(jì)方案滿足了衛(wèi)星總體提出的要求，艙內(nèi)一般儀器設(shè)備的溫度為-10+45，艙外儀器設(shè)備溫度為-80+80Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想案例二：某3G移動(dòng)基站的熱仿真及優(yōu)化1、實(shí)際模型、實(shí)際模型a、方案一（頂部抽風(fēng)方案） 該移動(dòng)基站采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜，共有20個(gè)PCB插

59、板板位。 該方案結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。機(jī)柜總高度10U。其中插板區(qū)高度為7U,底部進(jìn)風(fēng)口高度為1U，頂部出風(fēng)口高度為2U。采用EBM公司的離心式風(fēng)機(jī)兩個(gè)，安放在機(jī)柜頂部。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想b、方案二（底部吹風(fēng)方案）、方案二（底部吹風(fēng)方案） 該方案結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。機(jī)柜總高度10U。其中底部進(jìn)風(fēng)口高度為2U，頂部出風(fēng)口高度為1U。采用EBM公司的軸流式風(fēng)機(jī)六個(gè)，安放在機(jī)柜底部。c、方案三（軸流風(fēng)機(jī)頂部抽風(fēng)方案）、方案三（軸流風(fēng)機(jī)頂部抽風(fēng)方案） 該方案結(jié)

60、構(gòu)示意圖如右圖所示。其中頂部出風(fēng)口高度為2U，底部進(jìn)風(fēng)口高度為1U。其它尺寸同方案二采用EBM公司的軸流式風(fēng)機(jī)六個(gè)，安放在機(jī)柜頂部。Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想2、仿真結(jié)果、仿真結(jié)果a、方案一數(shù)值分析結(jié)果、方案一數(shù)值分析結(jié)果Accelink Technologies Co., Ltd.L i g h t i n g Y o u r D r e a m s | 讓 光 引 領(lǐng) 夢(mèng) 想b、方案二數(shù)值分析結(jié)果、方案二數(shù)值分析結(jié)果c、方案三數(shù)值分析結(jié)果、方案三數(shù)值分析結(jié)果