电子设备用冷板设计导则

中华人民共和国国家标准电子设备用冷板设计导则国家技术监督局批准实施主题内容与适用范围本标准规定了电子设备使用的冷板的设计导则本标准适用于电子设备中采用的各种铝及铝合金制造的冷板引用标准铝及铝合金加工产品的化学成分铝及铝合金板材电子设备热性能评定术语冷板指一种单流体空气水或其它冷却剂紧凑型换热器气冷式冷板以空气为介质使其与冷板的对流来带走电子设备耗热的冷板液冷式冷板以水或其它有机冷却剂如氟碳化合物为介质使其与冷板的对流来带走电子设备耗热的冷板储热冷板以冷却剂在相变固态液态过程中吸取熔解热的方式来带走电子设备耗热的冷板热管冷板利用高效传热的热管与冷板组合成的装置带走电子设备耗热的冷板设计的基本要求冷板应根据电子元器件热源的分布集中均布非均布热流密度许用温度冷板通道的许用压降和冷板的工作环境条件等综合因素进行设计冷板应进行换热计算和结构强度计算冷板通常包括封端盖板肋片和底板等部分采用真空焊盐浴焊或其它焊接方法做成典型的冷板结构如图所示图典型的冷板结构制造冷板的材料包括肋片盖板和封端应符合和的规定冷板通道中的冷却剂气冷式冷板一般选用一个大气压下常温时的空气为冷却剂液冷式冷板一般选用一个大气压下常温时的水为冷却剂对某些有专门要求的冷板可选用其它流体如氟碳化合物作为冷板的冷却剂储热冷板选用饱和碳氢化合物作为相变材料生产厂家供应的冷却剂应经有关部门检验合格并提供详细的技术性能参数冷板应按中的规定进行热性能检测冷板的生产制造应经过检验合格产品方能投入使用或试验冷板的换热计算均温冷板气冷式或液冷式冷板的换热计算按对流换热方程和能量平衡方程进行安装于冷板上的电子元器件所耗散的热量通过导热对流方式传与冷板其对流换热方程为式中电子设备的耗热对流换热系数参与对流的总换热面积对数平均温差冷板的总效率肋片的表面面积肋片的效率循环于冷板通道之中的冷却剂所吸收的热量为式中冷却剂吸收的热量冷却剂的质量流量冷却剂的定压比热冷却剂的出口温度冷却剂的进口温度各种冷却剂的物性参数见附录补充件当冷板传递的热量与冷却剂吸收的热量相平衡时公式等于公式冷板表面的平均温度为式中传热单元数冷板许用的表面温度在不计电子元器件与冷板接触热阻的条件下即为应控制的电子元器件的壳温冷板通道中冷却剂的压降应低于许用的压降的计算式为式中单位面积的质量流量重力加速度分别为冷却剂进出口温度时冷却剂的密度冷却剂的平均密度冷板通道的横截面积与冷板横截面积之比见附录冷板通道的横截面积冷板的横截面积分别为冷却剂的进出口损失系数见附录的摩擦系数见附录的冷板对流换热系数与肋片的形状结构形式流量和冷却剂的物理性质有关一般可按下式计算式中系数与肋片组成的各种通道和流体的雷诺数有关见附录的普郎特数见附录非均温冷板的换热计算可采用有限差分法或有限元法进行分析计算储热冷板的换热计算主要是确定用于带走电子元器件耗热所需的相变材料的质量一般的计算式为式中相变材料的质量电子元器件耗散的热量电子设备要求的温度控制周期相变材料的熔解热冷板的结构设计肋片肋片的形状通常为平直形锯齿形和多孔形见图也可按要求选择其它形状的肋片肋片选择的基本原则根据冷板的工作环境条件如温度湿度气压和污染程度等因素选择肋片的形状肋间距肋高和肋厚图肋片的形状冷板的工作压力一般应低于对流换热系数大选厚和高度低的肋片对流换热系数小选高而薄的肋片冷板表面与环境温差大的选平直形肋片温差小的选锯齿状肋片应选择经有关部门鉴定合格的生产厂供应的肋片并提供设计需要的技术参数冷板的封端形状可根据结构要求设计成燕尾形槽形矩形或外凸矩形见图图冷板的盖板底板隔板多层冷板用一般设计成平直形其厚度按强度要求设计盖板和底板均可作为电子元器件的热承载面二侧的封端盖板肋片和底板按结构设计的要求焊接成冷板装置后各表面应去焊渣毛刺并经除油处理以保持表面平整光洁冷板的通道应保持顺畅冷板的通道应按要求进行密封性检验在规定的工作压力下不应有任何流体渗漏应采取有效的措施如涂沫导热膏脂以使电子元器件或部件与冷板表面之间的接触热阻减至最小冷板的性能检验结构性能用目测法检查冷板的外观形状各表面应平整流道应顺畅各结构尺寸应符合设计图纸规定的要求热性能应根据热负载的分布均布或集中形式在施加热负载的条件下测量冷板表面的温度分布情况在施加热负载的条件下测量冷板通道进出口处冷却剂的压力在施加热负载的条件下测量冷板通道中冷却剂的流量或流速冷板表面温度的测量通道中冷却剂的流量和压降的测量按中相应章节的规定执行应对测量所得的数据进行处理汇总并写出冷板性能的评定报告附录常用的冷板冷却剂物性参数补充件气冷式冷板用冷却剂空气的物性见表表温度密度比热导热系数动力粘度相对粘度液冷式冷板常用冷却剂的物性见表表名称冰点沸点密度比热导热系数动力粘度汽化潜热水氟碳化合物甲醇丙酮储热冷板用冷却剂物性见表表名称熔点汽化潜热密度导热系数比热相容性固液固液续表名称熔点汽化潜热密度导热系数比热相容性固液固液固液与相容固液注表示与多数材料相容附录部分国产冷板肋片结构参数补充件型式肋高肋厚肋距单位宽度通道截面积单位面积通道截面积当量直径肋面积与传热面积比单位面积肋片重量平直形锯齿形多孔形附录冷板设计用各系数曲线图补充件关系曲线图见图图平直形波纹形锯齿形矩形肋片通道的系数见图三角形肋片通道的系数见图图图附加说明本标准由全国电工电子设备结构综合标准化技术委员会提出本标准由东南大学机械系负责起草本标准起草人谢德仁薛澄岐