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第43卷第11期
化工能源
化工设计通讯
017年11月
Chemical Iinergy
Chemical I ngineering Design Communications
热设计理论基础
位鹏
长庆油田分公司第一采油厂,陕西延安717502)
摘要:热传导及热量的散失的基本理论是任何设计者进行热分析学的基本知识。设计者只要掌握了热散失过程的基本知
识、计算方法及实验手段、热设计的基本设计准则和设计步骤,以及普遍的热控制方法,就可以解决任何设备发热部分的散热
问题。
关键词:散热设计;理论基础;电子设备
中图分类号:TU323.4文献标志码:B文章编号:1003-6490(2017)11-0220-02
Theoretical Basis of Thermal Design
Ren Peng
Abstract The basic theory o[ heal transfer and heal loss is the basic knowledge of any designer" s thermal analysis As lony as
the designer has mastered the basic knowledge of the heal dissipation process, the calculation mcthod and the cxpcrimcnlal mcans, the
basic design criteria and design steps of the thermal design, and the general thermal control method, the heat dissipation problem of any
heating part can be solved
Key words thermal design: theoretical basis: electronic equipment
热传递方式
)对少量关键发热元器件进行应力分析,确定其最高允
热力学第二定律指出:热量总是自发的、不可逆转的,许温度和功耗,并対其温度关系下的失效率加以分析;
从高温处传向低温处,即:?要有温差存在,热量就会自发
4)按照发热器件及整个设备的安装方式进行热密度的计
地从高温物体传向低温物体,形成热交换。热交换有三种模式:算
传导、对流、辐射。它们可以单独出现,也可能两种或三种
由器件内热阻确定其表面最高工作温度
形式同时出现。
6)计算器件到最终散热面之间的总体热阻得值
2对流换热控制公式方程
7)根据热量产生量度等因素对热阻碍进行计算与分配,
2.1质量守恒方程
并对此加以评价,确定热传导方式和冷却方式。
流体运动中的质量守恒是指流体流过一·定空间流体的总4电子设备冷却散热方式
质量保持不变,任何流动问题都必须满足质量守恒定律。控4.1放置自然冷却
制体的连续方程为:
放置白然冷却是散热、流和辐射换热的单独作用或炳
oy.d
dv
(25)种以上换热形式的组合,优点是可靠性高,成本低。放置自
然冷却受外界坏境影响较大,在传导路径中容易有阻得热传
式中,P为流动物体质量密度,ア为流动物体质量体积,导的障得物存在,增加热传导阻力从而使空气换热的传导速
C..是空间中流体的控制体,以控制面CS.为计算运动边界。度降低以及空气的流动剂塭降低。因此,在设备以外环境的
2.,2动量守恒方程
于扰的情况下,此冷却方式是一种比较简洁、高效、性价比
动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之ー,高的散热方式。它不需要风机或传输泵等的冷却剂传送设备,
它既适用于宏观物体,也适用于微观粒了:既适用于低速运避免了因设各部件的暦损或故障影响系统可靠性的弊端,因
动物体,也适用于高速运动物体;它既适用于保守系统,也此,应优先考虑选用自然冷却方法。
适用于非保守系统。动量守恒定律是任何不受外力时运动系4.2强迫通风冷却
统包括流动系统都必须遵守的基本定律。此方程可解释为
在强迫风冷在中,大功率的密集集成电子设备以及发热
作用某控制体内流体外力的合力,等于单位时间内流出控制量较多无法靠自然风进行冷却的设各中应用较多,因为它具
体的动量减去单位时间内进入控制体的动量加单位时间内控有比自然冷却中空气更高的对流速度及更大的对流量,与共
制体中的流体动量的累积量。对于控制体的动量方程为
他几种热传导方式的强迫冷却方式相比较,此冷却方式具有
Bdv
结构简单、成本低、维护简便等优点
da
(2-6)
液体冷却液冷却
式中,p为流动物体密度,ド为流动物体体积,C.レ.是空4.3.1直按液体冷却滚冷却
间中流体的控制体,以控制面CS.为运动边界。
我们所说的直接液体冷却,就是将设备电子元器件的发
各发热器件散热设计方法及程序
热部分与冷却液直接接触,进行热量交换,发热的元器件将
各种设备发热部位的散热及传导设计是设各可靠性设计
生的热量传到给冷却液,使白身热量降低,冷却液温度刀高,
的一项重要方面。电子设备只要通电就有发热,是热源,其再由冷却液将多余的热量散失出去。这样的冷却方式适用与
产生的热量等于功率的耗散。耗散功率(发热功率)是热设热密度较高或电于元器件集成密度较高的设各中,该冷却方
计的基础,可以采用实验和理论计算来确定。一般都增加安式需要对发热元器件及冷却液的特性较高,冷却液必须满足
全系数,保守取,适当取高些。热设计一般是取最恶劣工況:在电子设备的工作温度下具有沸点高、不分解、不搾发等特性
最高环境温度和最大热耗散的情况下设计。总的来说,电子还须满足冷却液不影响设备的功能。
设各的散热及传导设计应必须遵守以下几个方面及步骤
4.3.2间接液体冷却液冷却
1)确定发热器什的散热面积、散热器或周围空气介质的
接液体冷却液冷却俗称间接液冷,指冷却液不与发热的
境温度极限范围;
电子元器件直接接触,而是通过发热元器件的外部设备基板
2)确定热量对流密度和消散方式
等中间模块与元器件接触将产热的热传导给间接冷却液,冷
却液升温后再通过冷却液表面散失达到间接冷却的目的。间
收稿日期:2017-09-09
接液体冷却系统的设计,主要需要发热源与中间介质之间保
作者简介:任鹏(1988-),男,陕西西安人,助理工程师,主要从持有良好的导热路径,尽可能降低热接触阻值。此方法冷却
事设备管理方面的工作
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