液体冷却与冷板技术.ppt

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1、电子设备热设计第四篇液体冷却与冷板技术液体冷却直接液冷间接液冷浸没、无搅动、无蒸发浸没、有搅动、有蒸发冷板(单流体热交换器)强迫液冷液冷分类(泵、热交换器、流体、通道)FC–88C51–12R113FC–78FC–77FC–75常用冷却液冷却液性质直接浸没液的物性参数沸点/℃汽化热/J·g–1密度/g·cm–3导热系数/W·m–1.℃–1比热/J·g–1.℃–1粘度/m2·s–1表面张力/N·m–1介电常数体积热膨胀系数/℃–1热特性及热稳定性介电特性化学稳定性安全性(自燃)冷却液的品质因数、准则因数冷却液的防冻（60％乙二醇＋40％水，－40℃不冻）冷却剂

2、的品质因数及准则因数——冷却剂密度(kg/m3)；k——导热系数(W/m·℃)；CP——比热(J/kg·℃)；——体积膨胀系数(1/℃)；——动力粘度(kg/m·℃)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的紊流状态常用冷却剂的物理性质间接液冷例析—芯片组导热模块20W/cm224℃冷却水入口温度芯片表面温度59℃液冷示例笔记本液冷示例强迫液冷系统的组成冷却液、液流管道、泵、换热器、系统控制保护装置一次水(热流体)二次水(冷流体)液冷系统实物图热交换器列管间壁式紧凑式冷板真空钎焊技术几种常见热交换器热交换器设计-

3、------两种流体、三个方程、四种温度热流体的热平衡方程冷流体的热平衡方程系统换热方程——热流体和冷流体的质量流量(kg/s)；——比热(J/kg)；——分别为热、冷流体进口和出口温度(℃)；——热交换器的传热系数(W/m2·℃)；——传热面积(m2)；——对数平均温差(℃)。KA对数平均温差——入口处的温差(顺流)；——出口处的温差(顺流)。其他流动组合，参考相关修正系数对数平均温差法的计算步骤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，求出对数平均温差若是叉流、混合流形式，则要注意修正系数的计算；初步布置换热面，

4、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。有效度()传热单元数(NTU)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，即热交换器中实际换热量与最大可能换热量(温差最大)之比值当已知时，可根据两种流体的进口温度计算热交换器的换热量热交换器的-NTU计算方法热交换器的-NTU计算方法计算传热系数K；计算NTU及值；计算或查相应图表得值；计算传热量；利用热平衡方程式计算和。采用-NTU法对热交换器进行校核计算的步骤：液冷系统的

5、设计选择冷却液体，确定冷却液体(一次)的流量和流速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。确定热流体和冷流体的温差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气冷式冷板概述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液冷式冷板实例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37.5W，总功耗为600W。已知水

6、的入口温度为35℃，水的流量为6.3×10–5，冷却水管道内径为8mm，试计算晶体管管壳表面温度。冷板的设计与计算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)；tm——对数平均温差(℃)；——冷却剂质量流量(kg/s)；Cp——冷却剂定压比热(J/kg·℃)；——冷却剂入口温度(℃)；——冷却剂出口温度(℃)。均温冷板温度曲线对数平均温差冷板的设计与计算冷板的换热系数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·m2)；Cp——冷却剂的定压比热(

7、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。冷板的总效率传热单元数GB-T-15423-A1988年发布冷板的校核计算已知条件：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等冷却剂压力损失计算冷板结构示例冷板结构示例微通道冷板冷板结构示例冷板结构示例液冷系统的其他问题系统的监控温度、流量、压力、热参数、安全报警系统等二次冷却液(外循环水)的防凝露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。电子设备热设计相变冷却相变冷却相变冷却的材料利用石蜡族(CnH

8、2n+2)材料升华过程中所需要的熔解热达到吸收电子器