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.ppt

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1、第七节第七节 强迫风冷系统设计强迫风冷系统设计强迫风冷系统的设计原则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，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，达到散热以加速设备内空气流动速度，达到散热的目的。的目的。强迫风冷适用于中、大功率的电子设备，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。应用最多的一种强迫冷却方法。强迫风冷设计的基本原则强迫风冷设计的基本原则 1 1）设计的重点在于合理控制气流）设计的重点在于合理控制气流分配气流；分配气流；2 2）元器件的排布要合理（不发热

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）大而导热性差的、导热性好的）3 3）发热量大的元件和其他元件可）发热量大的元件和其他元件可采用热绝缘；采用热绝缘；4 4）元器件排列时，力求对气流的）元器件排列时，力求对气流的阻力最小；阻力最小；5 5）进、出风口尽量远离。）进、出风口尽量远离。强迫风冷的基本形式强迫风冷的基本形式q单个元器件的强迫冷却单个元器件的强迫冷却q整机的抽风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经专门的风道或直接

3、排到设备周围的大气中。中。抽风的特点是抽风的特点是风量大、风压小，各部分风风量大、风压小，各部分风量分布比较均匀量分布比较均匀。整机的抽风冷却常用在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。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，其出抽风机常装在机柜顶部或机柜两侧，其出风口也在此处风口也在此处,并面对大气。进风口在机柜并面对大气。进风口在机柜的下部，进风口应装滤尘器。的下部，进风口应装滤尘器。有风管的整机抽风有风管的整机抽风 当各单元有热敏元当各单元有热敏元件时，为防止上升气流件时，为防止

4、上升气流流过热敏元件，就需要流过热敏元件，就需要有专用的抽风管道。此有专用的抽风管道。此时应设计成上下各单元时应设计成上下各单元互不通气，气流方向如互不通气，气流方向如图所示。为防止灰尘吸图所示。为防止灰尘吸入，可在进风口处装滤入，可在进风口处装滤尘装置。尘装置。无风管的整机抽风无风管的整机抽风 当机柜的中部或顶当机柜的中部或顶部各单元需要风冷，部各单元需要风冷，各各元件冷却表面风阻较小，元件冷却表面风阻较小，但没有热敏元件时，可但没有热敏元件时，可采用没有专用抽风道的采用没有专用抽风道的形式，如图所示。为了形式，如图所示。为了便于气流流通，机柜底便于气流流通，机柜底板以及中层各底板均需板以及

5、中层各底板均需要开孔、开槽。要开孔、开槽。q整机的鼓风冷却整机的鼓风冷却整机鼓风的特点是整机鼓风的特点是风压大、风量比风压大、风量比较集中较集中。通常用在单元内热量分布通常用在单元内热量分布不均匀，不均匀，风阻较大、元件较多的情风阻较大、元件较多的情况下。况下。整机的鼓风冷却也可以分为有风管整机的鼓风冷却也可以分为有风管道和无风管道两种。道和无风管道两种。有风管的鼓风冷却有风管的鼓风冷却 右图所示为有右图所示为有风管道形式，这样风管道形式，这样便于控制各单元的便于控制各单元的风量。风量。无风道的鼓风冷却无风道的鼓风冷却 无风管适用于无风管适用于在底层内具有风阻在底层内具有风阻较大的元件、中上较

6、大的元件、中上层无热敏元件的情层无热敏元件的情况。况。q通风量的计算通风量的计算 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。热元器件所需风量之总和。根据热平衡方程根据热平衡方程 所以所需的风量为所以所需的风量为 式中，式中，CpCp空气的比热；空气的比热；空气的密度；空气的密度；Q Qf f通风量；通风量；Q Q总损耗功率；总损耗功率；tt空气出口与进口温差。空气出口与进口温差。q管道的阻力损失管道的阻力损失 管管道道阻阻力力损损失失主主要要包包括括沿沿程程阻阻力力损损失失H1H1和和局部阻力损失局部阻力损失H2H2两部分。两部分。

7、沿沿程程阻阻力力损损失失就就是是气气流流流流动动时时，与与管管壁壁间间的的摩摩擦擦而而产产生生的的阻阻力力；局局部部阻阻力力损损失失是是当当气气体体进进入入或或离离开开管管道道时时，以以及及管管道道有有弯弯曲曲或或变变更更截截面面时时产产生生的的。因因为为这这时时气气流流会会发发生生碰碰撞撞和和产产生生漩漩涡涡，消消耗耗一一定定的的能能量量，因因而而引引起起阻阻力力损损失失。通通风风系系统统的的管管道道压压力力损损失失为为摩摩擦擦阻阻力力损损失失与与局局部部阻阻力力损损失失之之和，称为全压，即和，称为全压，即H=H1+H2H=H1+H2 用用于于电电子子产产品品冷冷却却的的风风机机可可根根据据

8、计计算算的的风风量量和全压进行选择。和全压进行选择。通风管道设计原则通风管道设计原则q通风管道设计原则通风管道设计原则通风管道应尽量短通风管道应尽量短尽量用直管。避免采用急剧弯曲的管道，减少阻尽量用直管。避免采用急剧弯曲的管道，减少阻力损失，力损失，最好在风速较小的地方弯曲。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。变换截面而增加阻力损失。避免骤然扩展或骤避免骤然扩展或骤然收缩。然收缩。应采用光滑材料做通风道，以减小摩擦损失。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

9、气流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。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。对一些大机箱尽可能采用直的锥形风道。通风机选择通风机选择及应用及应用q通风机的分类通风机的分类 轴流式通风机轴流式通风机 空气进出口的流动方向与轴线平行，空气进出口的流动方向与轴线平行，其特点是其特点是风量大，风压小风量大，风压小。根据结构型。根据结构型式它又可分为式它又可分为：螺旋桨式螺旋桨式 圆筒式圆筒式 导叶式导叶式圆筒式圆筒式 如图所示，其特点是在螺旋桨形叶如图所示，其特点是在螺旋桨形叶轮的外面围有圆筒，其叶尖漏损小，效轮的外面围有圆

10、筒，其叶尖漏损小，效率比率比螺旋桨式风扇螺旋桨式风扇要高。要高。导叶式导叶式 其其构构造造与与圆圆筒筒式式相相同同，仅仅在在出出口口或或进进口口处处加装导风叶，用以引导气流，减少涡流损失。加装导风叶，用以引导气流，减少涡流损失。前前导导叶叶的的作作用用是是使使进进入入风风机机前前的的气气流流发发生生偏偏转转，把把气气流流由由轴轴向向引引为为旋旋向向进进入入，这这样样可可使使叶轮出口气气流的方向均为轴向流出；叶轮出口气气流的方向均为轴向流出；后后导导叶叶在在轴轴流流式式风风机机中中应应用用最最广广，气气体体轴轴向向进进入入叶叶轮轮，从从叶叶轮轮流流出出的的气气体体绝绝对对速速度度有有一一定定旋旋

11、向向，经经后后导导叶叶扩扩压压并并引引导导后后，气气体体以以轴轴轴轴向流出。向流出。此种风机效率高，静压效率一般可达此种风机效率高，静压效率一般可达95%95%。离心式通风机离心式通风机 由螺壳、转动的叶轮由螺壳、转动的叶轮 及外部的驱动电机等三个及外部的驱动电机等三个 主要部件组成，如图所示。主要部件组成，如图所示。空空气气从从轴轴向向进进入入，然然后后转转9090，在在叶叶轮轮内内作作径径向向流流动动，并并在在叶叶轮轮外外周周压压出出，再再经经螺螺壳壳由由出出风风口口排排出。叶轮由很多叶片组成，其风压由离心力产生。出。叶轮由很多叶片组成，其风压由离心力产生。这这类类通通风风机机的的特特点点

12、是是风风压压高高、风风量量小小，一一般般用在阻力较大的发热元器件或电子机柜的通风冷却。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。向弯式、后弯式三种。q通风机的功率和效率通风机的功率和效率 1）空气理论功率：）空气理论功率：2）轴功率：）轴功率：称为通风机的效率。称为通风机的效率。一般为一般为0.350.350.650.65 3）电动机功率：电动机功率：K为储备功率因数为储备功率因数q通风机的选择通风机的选择 选择通风机时需要考虑的因素很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、多，

13、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，其中主要的参数是体积、重量等等，其中主要的参数是风机的风机的风量和风压风量和风压。根据电子产品通风冷却系统所需的风量和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，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。反之可选用离心式通风机。通风机的类型确定以后，再根据具体的风通风机的类型确定以后，再根据具体的风量和风

14、压要求来选择具体型号的尺寸。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，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，进出风口处与风管之间接上一段软风管，进行隔振减小噪声。行隔振减小噪声。q通风机的串、并联通风机的串、并联通风机的串联使用通风机的串联使用 当通风机的风量能当通风机的风量能满足需要，但风压小于满足需要，但风压小于风道的阻力时，可采用风道的阻力时，可采用通风机串联，以提高其通风机串联，以提高

15、其工作压力。通风机串联工作压力。通风机串联时，风量基本上等于每时，风量基本上等于每台风机的风量，风压相台风机的风量，风压相当于各台风机压力之和，当于各台风机压力之和，如图所示。如图所示。通风机的并联使用通风机的并联使用 通风机并联使用时，通风机并联使用时，其风压是每个风机的其风压是每个风机的风压，而总风量为各风压，而总风量为各风机风量之和，如图风机风量之和，如图所示。当风道特性曲所示。当风道特性曲线平坦时，需增大风线平坦时，需增大风量，可采用并联系统。量，可采用并联系统。并联使用的优点是气并联使用的优点是气流路径短，阻力损失流路径短，阻力损失小，气流分布比较均小，气流分布比较均匀，但效率低。匀

16、，但效率低。q结构因素对风冷效果的影响结构因素对风冷效果的影响通风机的位置通风机的位置 1）轴流式鼓风系统，风机位于冷空气的入口处，）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把冷空气直接吹进机箱内，可以提高机箱内的空气压力压力,并产生一部分涡流，改善换热性能。但通风机并产生一部分涡流，改善换热性能。但通风机电机的热量也被冷空气带入机箱电机的热量也被冷空气带入机箱,影响散热效果。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）轴流式抽风系统，由是从机箱内抽出受热的空气空气,故将减小机箱内的空气压力。通风机电机的热故将减小机箱内的空气压力。通风

17、机电机的热量不仅不会进入机箱内量不仅不会进入机箱内,而且还可以从机箱的其他缝而且还可以从机箱的其他缝隙中吸入一部分冷空气隙中吸入一部分冷空气,提高冷却效果。提高冷却效果。3 3）轴流式通风机叶片安装位置：叶片应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。速度分布可以得到改善。4 4）如果通风机安装在一个受限制的位置，如果通风机安装在一个受限制的位置，例如风道例如风道9090度的弯曲处，则叶片应装在气度的弯曲处，则叶片应装在气流的下游。流的下游。结构形式对风冷效果的影响结构形式对风冷效果的影响作业：作业：什么是电子设备的自然冷却？如何提高设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？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。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。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？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。选择通风机时的要点。