工业水冷板理论与设计（理论篇).ppt

* AVC Confidential AVC Confidential AVC Confidential AVC Confidential AVC Confidential July. 2011 工业水冷板 * 熱設計的理論基礎 热传学基础 流体力学基础 冷卻方法的選擇 高海拔热设计要求 元器件工作結溫計算 目录 * 熱設計的理論基礎 传热学基础 熱能傳遞的三種基本方式：熱導熱, 熱對流,熱輻射 一 熱傳導 物體之間不發生相對位移,依靠分子，原子以及自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的能量傳遞稱為熱傳導。簡稱導熱。 问：空气，水，水银，半导体金属之间各采取什么来传递热量？ 热传学基础 * 熱設計的理論基礎 二 熱對流 熱對流是指由於流體的宏觀運動而引起的流體各部分之間發生相對位移，冷熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞過程。熱對流僅能發生在流體中，而且由於流體中的分子同時在進行著不規則的熱運動，因而熱對流还伴隨有熱傳導的現象。工程上特別感興趣的是流體流過一個物體表面時流體與物體表面間的熱量傳遞過程，并稱之為對流傳熱，以區別于一般意義上的熱對流 热传学基础 * 熱設計的理論基礎 三 熱輻射 物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。物體會因各種原因發生輻射，其中因熱的原因而發出輻射能的現象稱為熱輻射。 輻射與導熱，對流的區別 輻射可以在真空中傳遞 輻射不僅產生能量的轉移還伴隨能量形式的轉換，即發射時從熱能轉換為輻射能，而吸收時又從輻射能轉換為熱能。 式中： Q --辐射热量 ε– 黑度 A --辐射面积 C0 – 辐射系数 T – 热力学温度,K 热传学基础 * 熱設計的理論基礎 流体动力学基础 流体流动的阻力:由于流体的粘性和固体边界的影响，使流体在流动过程中受到 阻力，这个阻力称为流动阻力，可分为沿程阻力和局部阻力两种。 沿程阻力：在边界沿程不变的区域，流体沿全部流程的摩檫阻力。 局部阻力：在边界急剧变化的区域，如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置 ，是流体的流体状 层流：流体质点互不混杂，有规则的层流运动。 Re=Vde/ν2300 层流 紊流：流体质点相互混杂，无规则的紊流运动。 Re=Vde/ν2300 紊流 管内层流沿程阻力计算(达西公式) hf=λ(L/de)(ρV2/2) λ－沿程阻力系数，λ＝64/Re 管内紊流沿程阻力计算 hf=λ(L/de)(ρV2/2) λ＝f(Re，ε/d)，即紊流时沿程阻力系数不仅与雷诺数有关，还与相对粗糟度ε有关。 尼古拉兹采用人工粗糟管进行试验得出了沿程阻力系数的经验公式： 紊流光滑区：4000Re105, λ采用布拉修斯公式计算： λ＝0.3164/Re 0.25 流体力学学基础 * 熱設計的理論基礎 非圆管道沿程阻力的计算 引入当量水力直径后所有圆管的计算方法与公式均可适用非圆管，只需把圆管直径换成当量水力直径。 de=4A/x (de指水力直径，A为横截面面积，x为横截面周长) 局部阻力 hj＝ξρV2/2 ξ－局部阻力系数 突然扩大： 按小面积流速计算的局部阻力系数：ζ1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。 流体力学学基础 * 熱設計的理論基礎 表一 表二 冷却方式的选择方法:根据热流密度与温升要求，按上图所示表格选择，此方法适应于温升要求不同的各类设备的冷却 冷却方法的选择 * 【案例】 某电子设备的功耗为300W，机壳的几何尺寸为248×381×432mm，在正常大气压下，若设备的允许温升为40℃，试问采用那种冷却方法比较合理？ 计算热流密度： q=300/2(2.48×3.81+2.48×4.32+3.81×4.32)=0.04W/cm2 根据图2查得，当△t=40℃，q=0.04W/cm2时，其交点正好落在自然冷却范围内，所有采用自然冷却方法就可以满足要求。 若设备的温升有严格限制，假设只允许10℃，由图2可以看出，需强迫风冷才能满足要求。 熱設計的理論基礎 流体力学学基础 * 海拔高度对自然冷却条件的热设计要求： 对于自然对流，其传热机理是由于冷却空气