电子组装工艺与设备(大二下学期)第七节电子设备的强迫风冷2012

第七节强迫风冷系统设计强迫风冷系统的设计原则•强迫风冷是利用风机进行抽风或鼓风，以加速设备内空气流动速度，达到散热的目的。•强迫风冷适用于中、大功率的电子设备，结构简单、费用低、维护方便，是目前应用最多的一种强迫冷却方法。强迫风冷设计的基本原则1）设计的重点在于合理控制气流分配气流；2）元器件的排布要合理（不发热及发热量小的、耐温性低的、发热量大而导热性差的、导热性好的）3）发热量大的元件和其他元件可采用热绝缘；4）元器件排列时，力求对气流的阻力最小；5）进、出风口尽量远离。强迫风冷的基本形式单个元器件的强迫冷却整机的抽风冷却•主要适用于热耗散比较分散的整机。热量经专门的风道或直接排到设备周围的大气中。•抽风的特点是风量大、风压小，各部分风量分布比较均匀。整机的抽风冷却常用在机柜中各单元热量分布比较均匀，各元件所需冷却表面的风阻较小的情况下。•抽风机常装在机柜顶部或机柜两侧，其出风口也在此处,并面对大气。进风口在机柜的下部，进风口应装滤尘器。•有风管的整机抽风当各单元有热敏元件时，为防止上升气流流过热敏元件，就需要有专用的抽风管道。此时应设计成上下各单元互不通气，气流方向如图所示。为防止灰尘吸入，可在进风口处装滤尘装置。•无风管的整机抽风当机柜的中部或顶部各单元需要风冷，各元件冷却表面风阻较小，但没有热敏元件时，可采用没有专用抽风道的形式，如图所示。为了便于气流流通，机柜底板以及中层各底板均需要开孔、开槽。整机的鼓风冷却•整机鼓风的特点是风压大、风量比较集中。通常用在单元内热量分布不均匀，风阻较大、元件较多的情况下。•整机的鼓风冷却也可以分为有风管道和无风管道两种。•有风管的鼓风冷却右图所示为有风管道形式，这样便于控制各单元的风量。•无风道的鼓风冷却无风管适用于在底层内具有风阻较大的元件、中上层无热敏元件的情况。通风量的计算整机抽风或鼓风所需的风量应等于各个单元发热元器件所需风量之总和。根据热平衡方程所以所需的风量为式中，Cp——空气的比热；—空气的密度；Qf———通风量；Q——总损耗功率；Δt——空气出口与进口温差。tQcQfptcQQpf管道的阻力损失管道阻力损失主要包括沿程阻力损失ΔH1和局部阻力损失ΔH2两部分。沿程阻力损失就是气流流动时，与管壁间的摩擦而产生的阻力；局部阻力损失是当气体进入或离开管道时，以及管道有弯曲或变更截面时产生的。因为这时气流会发生碰撞和产生漩涡，消耗一定的能量，因而引起阻力损失。通风系统的管道压力损失为摩擦阻力损失与局部阻力损失之和，称为全压，即H=ΔH1+ΔH2用于电子产品冷却的风机可根据计算的风量和全压进行选择。通风管道设计原则通风管道设计原则•通风管道应尽量短•尽量用直管。避免采用急剧弯曲的管道，减少阻力损失，最好在风速较小的地方弯曲。•风道的截面尺寸最好和风机的出口一致，以免因变换截面而增加阻力损失。避免骤然扩展或骤然收缩。•应采用光滑材料做通风道，以减小摩擦损失。•合理设计进风口的结构。一方面尽量使其对气流的阻力最小，另一方面要达到滤尘作用。•对一些大机箱尽可能采用直的锥形风道。通风机选择及应用通风机的分类轴流式通风机空气进出口的流动方向与轴线平行，其特点是风量大，风压小。根据结构型式它又可分为：螺旋桨式圆筒式导叶式•圆筒式如图所示，其特点是在螺旋桨形叶轮的外面围有圆筒，其叶尖漏损小，效率比螺旋桨式风扇要高。•导叶式其构造与圆筒式相同，仅在出口或进口处加装导风叶，用以引导气流，减少涡流损失。前导叶的作用是使进入风机前的气流发生偏转，把气流由轴向引为旋向进入，这样可使叶轮出口气气流的方向均为轴向流出；后导叶在轴流式风机中应用最广，气体轴向进入叶轮，从叶轮流出的气体绝对速度有一定旋向，经后导叶扩压并引导后，气体以轴轴向流出。此种风机效率高，静压效率一般可达95%。离心式通风机由螺壳、转动的叶轮及外部的驱动电机等三个主要部件组成，如图所示。空气从轴向进入，然后转90°，在叶轮内作径向流动，并在叶轮外周压出，再经螺壳由出风口排出。叶轮由很多叶片组成，其风压由离心力产生。这类通风机的特点是风压高、风量小，一般用在阻力较大的发热元器件或电子机柜的通风冷却。•离心式通风机叶片形状可分为前弯式、径向弯式、后弯式三种。通风机的功率和效率1）空气理论功率：2）轴功率：称为通风机的效率。一般为0.35—0.653）电动机功率：K为储备功率因数102HQNf102HQNfSSdKNN通风机的选择选择通风机时需要考虑的因素很多，例如空气的流量、风压的要求、通风机的效率、空气的速度、通风冷却的管道系统、空间大小、噪音以及体积、重量等等，其中主要的参数是风机的风量和风压。•根据电子产品通风冷却系统所需的风量和风压及空间大小选定通风机类型。要求风量大、风压低的设备可采用轴流式通风机，反之可选用离心式通风机。•通风机的类型确定以后，再根据具体的风量和风压要求来选择具体型号的尺寸。•在使用通风机时，应使其噪音控制在允许的强度范围内。通风机安装在机柜上时，可在通风机下面安装减振器；并在通风机出风口处与风管之间接上一段软风管，进行隔振减小噪声。通风机的串、并联•通风机的串联使用当通风机的风量能满足需要，但风压小于风道的阻力时，可采用通风机串联，以提高其工作压力。通风机串联时，风量基本上等于每台风机的风量，风压相当于各台风机压力之和，如图所示。•通风机的并联使用通风机并联使用时，其风压是每个风机的风压，而总风量为各风机风量之和，如图所示。当风道特性曲线平坦时，需增大风量，可采用并联系统。并联使用的优点是气流路径短，阻力损失小，气流分布比较均匀，但效率低。结构因素对风冷效果的影响•通风机的位置1）轴流式鼓风系统，风机位于冷空气的入口处，把冷空气直接吹进机箱内，可以提高机箱内的空气压力,并产生一部分涡流，改善换热性能。但通风机电机的热量也被冷空气带入机箱,影响散热效果。2）轴流式抽风系统，由是从机箱内抽出受热的空气,故将减小机箱内的空气压力。通风机电机的热量不仅不会进入机箱内,而且还可以从机箱的其他缝隙中吸入一部分冷空气,提高冷却效果。3）轴流式通风机叶片安装位置：叶片应装在通风道的下游，这时风道较长，气流速度分布可以得到改善。4）如果通风机安装在一个受限制的位置，例如风道90度的弯曲处，则叶片应装在气流的下游。•结构形式对风冷效果的影响作业：•什么是电子设备的自然冷却？如何提高设备外壳以及设备内部的自然散热能力？•简述带有散热器的中大功率器件的传热过程，画出热路图，写出热量关系式。•中大功率器件散热器的种类和特点。•什么是电子设备的强迫冷却？强迫冷却有哪些主要形式？各自有何特点？•通风机的基本类型？各自有何特点？简述选择通风机时的要点。