液体冷板计算仿真研究.pdf

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1、2013年4月第36卷第2期舰船电子对抗SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASUREFeb．2013V01．36No．2液体冷板计算仿真研究冯静(船舶重工集团公司723所，扬州225001)摘要：对大功率电子设备上采用的液体冷板的传热特性进行了分析求解，介绍了热设计过程中，液体冷板传热计算的具体方法，并使用Icepak热分析软件对散热效果进行了仿真，将仿真结果和计算结果进行对比，验证了设计过程的合理性。关键词：液体冷板；热设计；Icepak仿真中图分类号：TN03文献标识码：A文章编号：CN32—1413(2013)02

2、—0082—03ResearchintoCalculationandSimulationofLiquidCoolingBoardFENGJing(The723InstituteofCSIC，Yangzhou225001，China)Abstract：Thispaperanalyzesandresolvestheheattransmittingcharacteristicsofliquidcoolingboardadoptedinhigh—powerelectronicequipment，introducesthematerialmethodt

3、ocalculatetheheattransmittingofliquidcoolingboardinthecourseofheatdesign，andusesIcepakheatanalysissoftwaretOsimulatetheeffectofheatradiating，comparesthesimulationresultandcalculationre—sult，validatestherationalityofdesignprocess．Keywords：liquidcoolingboard；heatdesign；Icepak

4、simulation0引言子器件的散热特性开展研究。随着现代电子技术的迅速发展，元器件的功率、密度不断提高，需采用合理的冷却及散热手段，以控制设备内的温升，使电子元器件的温度在规定的数值之下[1j。液体冷却可分为直接液体冷却和间接液体冷却，都是靠液体的流动带走热量的散热方式。液体冷板属于间接液体冷却，利用了液体导热系数及比热容较大的特性，另外液体还具有重量轻、体积小的优点。液体冷板作为一种高效成熟的冷却设备得到了广泛的应用[2]。下文即对液体冷板运用于电1液体冷板热特性计算1．1问题描述在环境温度为35℃以下，一块铝制水冷板上安装3个晶体管，

5、其中单个晶体管的发热功率Q。=160W，元件安装表面的最高允许温度是70℃。图1给出了冷板的外形尺寸、结构形式，冷却水相关参数如表1所示。求当前条件下，若在晶体管安装表面采用硅脂，元件表面温度是多少℃[317表I冷却水物性参数入口温度f，(℃)体积流量吼(m3／s)密度p(kg／m3)定压比热容C。[J／(kg·℃)]动力粘度u(PaXS)普朗特数P，●308×101995．74174810．5×10“5．421．2计算分析元件安装表面的温度可通过计算元件到冷却液,At，之间热流通道上的温升而求得。收稿日期：2012—12—14(1)晶体管与

6、液体冷板安装结合面上的温升由于表面材料并不平整和光滑，2个连接表面第2期冯静：液体冷板计算仿真研究83的界面是由许多点到点的接触点和它周围的空气鼓包组成的，所以大多数界面之间都存在接触热阻。为了减少接触热阻，可以采用提高两接触面的光洁度，并在接触面涂覆薄层导热脂的方法。对于采用热硅脂安装的晶体管，可查得其热阻R一0．2℃／W，At。=R·Qo一32℃，Q。应为单个晶体管的功率耗散量。I惑浏；封；憋l】淘i惑；1墨；I蕊l】斗ZI漆淤；I25●一35图1液冷板结构尺寸(2)晶体管向液体冷板上冷却通道传导热量的温升位：依据傅里叶定律，在导热过程中

7、，单位时间内通过给定面积的热流量，正比于垂直于导热方向的导热面积及温度变化率，从而有：Qo：,1A竽(1)式中：Q。=160W，为单个晶体管的功率耗散量；Ax一20mm，为热传导长度；A=180W／(m×℃)，为液冷板材料的热导率；A=100mnl×35mm—o．0035m2，为热传导截面积；A￡。：喾一—』掣坚黑磐‰一5．08。C。180W／(rll·℃)×0．0035m2。(3)晶体管与液冷板冷却液对流换热的温升At3出。是流体发生相对位移时而引起的热量传递过程，本案例中流体的运动是由外力引起的，则这一过程是强制对流性的，故：觚一—毛(2

8、)式中：Q一480W，为3个晶体管的总功率；A—rrD。L，为液冷板冷却通道内壁表面积；L一391．946mm，为液冷板冷却通道有效长度。且根据已知条件，冷却液通道