不同電子設(shè)備散熱系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件

張小龍 戰(zhàn)乃巖

摘 ?要：為研究在散熱系統(tǒng)不同時(shí)，各自散熱系統(tǒng)的散熱性能，現(xiàn)將開(kāi)口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)分別置于同一實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，在工作溫度為85°時(shí)（即額定功率為15w）進(jìn)行比較，觀察分析得出，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，開(kāi)口系統(tǒng)散熱速率明顯快于閉口系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)，散熱性能：

引言

隨著著電子科技的不斷發(fā)展，電子元件集成性程度越來(lái)越高，構(gòu)型也越發(fā)復(fù)雜，伴隨著電子元件的防護(hù)性升高，防水，防電，防塵等等的進(jìn)步，都可以促使元件外形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，在不同環(huán)境條件下，不同的構(gòu)造對(duì)于散熱有著不同的作用效果。閉口系統(tǒng)散熱方式采用自然對(duì)流換熱，而開(kāi)口系統(tǒng)大多為強(qiáng)迫對(duì)流換熱，換熱形式不同，換熱效率也就不同，但在某種情況下是否存在一個(gè)共性，即兩種散熱方式散熱效率相同，這是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。

在目前研究現(xiàn)狀中，其中吳進(jìn)凱[1]研究表明采用自然冷卻的電子設(shè)備的換熱性能與其散熱結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明改變換熱結(jié)構(gòu)即把平板換熱板改成翅型散熱板會(huì)促進(jìn)換熱。

物理模型和數(shù)學(xué)描述

問(wèn)題描述與模型

物理模型選取電腦散熱器為基準(zhǔn)，以相同尺寸建立模型，模型為開(kāi)口的矩形腔，具體為在Z面有開(kāi)口，根據(jù)不同的工況為全開(kāi)和半開(kāi)以及加百葉窗作為開(kāi)口。模型尺寸為100*200*250cm，腔內(nèi)具體元件有熱源，PCB板.散熱板等元件，腔的材料為塑料材質(zhì)

數(shù)學(xué)描述和邊界條件

封閉腔體的散熱問(wèn)題可以看做是有限空間的自然對(duì)流換熱，而開(kāi)口腔的散熱則可以看做是空氣外掠平板的對(duì)流換熱，在本論文中設(shè)空氣流速與腔內(nèi)流速相同，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，于是對(duì)于閉口系統(tǒng)，質(zhì)量是守恒的，對(duì)于開(kāi)口系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)的質(zhì)量是‘連續(xù)’的。同流體力學(xué)一樣，選取微元體為研究對(duì)象，建立起質(zhì)量，動(dòng)量和能量的守恒關(guān)系。

運(yùn)動(dòng)方程和動(dòng)量方程可以推導(dǎo)出速度場(chǎng)和流動(dòng)阻力，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步基于微流體的溫度跳變假設(shè)，從對(duì)流換熱的能量方程出發(fā)，推導(dǎo)出層流時(shí)微流體的溫度解的結(jié)構(gòu)。

在考慮上述假設(shè)的情況下質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程可簡(jiǎn)化為：

根據(jù)上述條件列出邊界條件如下：

結(jié)果與分析

在相同的加熱功率條件下，閉口系統(tǒng)可以很快的達(dá)到預(yù)定溫度，并且正常的運(yùn)行工作。設(shè)備需要在一個(gè)合適的溫度下才可以正常工作下去，開(kāi)口系統(tǒng)自然對(duì)流散熱，腔內(nèi)空氣溫度較低，對(duì)其他元件散熱有利，但熱源溫度高，相反的是閉口系統(tǒng)由于與外界交換熱量靠的是導(dǎo)熱，這會(huì)使得工作元件長(zhǎng)期處于過(guò)熱的環(huán)境下，不利于元件長(zhǎng)期的工作下去，長(zhǎng)時(shí)以往會(huì)損害使用年限。

為研究在散熱系統(tǒng)不同時(shí)，各自散熱系統(tǒng)的散熱性能，現(xiàn)將開(kāi)口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)分別置于同一實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，在工作溫度為85°時(shí)（即額定功率為15w）進(jìn)行比較，觀察分析得出，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，開(kāi)口系統(tǒng)散熱速率明顯快于閉口系統(tǒng)，當(dāng)熱流密度超過(guò)0.08w/cm2，體積功率密度超過(guò)0.18w/cm3時(shí)，封閉腔體不能滿足元件的散熱要求，此時(shí)要需要采取開(kāi)口腔體的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。

結(jié)果表明，當(dāng)初始邊界條件相同時(shí)，強(qiáng)迫對(duì)流換熱效率強(qiáng)于自然對(duì)流換熱，在此可看到由于開(kāi)口系統(tǒng)可以與外界進(jìn)行熱量交換，所以效率要遠(yuǎn)勝自然對(duì)流換熱。但是由于在不同的約束條件制約下，兩種換熱方式在不同約束條件下，有不同的適用條件。

當(dāng)熱流密度超過(guò)0.08w/cm2，體積功率密度超過(guò)0.18w/cm3時(shí)，封閉腔體不能滿足元件的散熱要求，此時(shí)要需要采取開(kāi)口腔體的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。

參考文獻(xiàn)

[1]吳進(jìn)凱，錢(qián)吉裕，魏濤.基于煙囪效應(yīng)的電子設(shè)備自然散熱設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2020，36（06）：42-45.

[2]劉文冬.密閉機(jī)箱風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].電子機(jī)械工程，2019，35（06）：29-33.

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