王甜，丁飛，劉魯軍

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，安徽合肥230031）

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淺析民用雷達(dá)電子設(shè)備機柜通風(fēng)孔設(shè)計
——熱設(shè)計與視覺傳達(dá)設(shè)計的統(tǒng)一

王甜，丁飛，劉魯軍

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，安徽合肥230031）

首先分析機柜設(shè)計中常用的幾種散熱方式，例舉了機柜通風(fēng)孔設(shè)計中常見的幾種設(shè)計形式及其對應(yīng)的通風(fēng)率計算公式，然后從機柜整體設(shè)計的角度出發(fā)，將通風(fēng)孔設(shè)計作為機柜總體設(shè)計的一個重要元素，最后闡述了通風(fēng)孔設(shè)計與視覺傳達(dá)藝術(shù)與設(shè)計之間的聯(lián)系。

民用雷達(dá)；電子設(shè)備；熱設(shè)計；通風(fēng)孔

引言

電子科技的發(fā)展日新月異，電子設(shè)備中元器件和結(jié)構(gòu)件的設(shè)計也日趨小型化，這使得單位空間的設(shè)備越來越多，設(shè)備在相同的空間中功率也直線上升，電子設(shè)備的散熱設(shè)計成為總體設(shè)計中一個重要的環(huán)節(jié)。因此，對電子設(shè)備必須配置冷卻系統(tǒng)，在熱源至熱沉之間提供一條低熱阻通路，保證熱量順利傳遞出去。

在民用雷達(dá)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，機柜是最常見的設(shè)備之一，機柜的散熱設(shè)計是民用雷達(dá)電子設(shè)備設(shè)計中一個重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到機柜內(nèi)設(shè)備是否能夠正常運轉(zhuǎn)。高溫對于大多數(shù)電子元器件將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，它會引起電子元器件的失效，進(jìn)而導(dǎo)致整個設(shè)備的癱瘓。因此散熱設(shè)計應(yīng)運而生，在民用雷達(dá)電子設(shè)備機柜熱設(shè)計中，散熱方式多種多樣，風(fēng)冷是常用的熱設(shè)計方式之一。設(shè)計師需根據(jù)機柜中插箱、插件的數(shù)量、位置及發(fā)熱元器件的位置來綜合考慮風(fēng)扇的選型、風(fēng)道的路徑選擇以及合適的通風(fēng)孔位置和通風(fēng)孔型［1］。

1　民用雷達(dá)電子設(shè)備機柜散熱形式分析

機柜是民用雷達(dá)電子設(shè)備的重要載體，其散熱形式對民用雷達(dá)電子設(shè)備有著至關(guān)重要的作用。散熱形式有很多，包括自然冷卻、強迫冷卻、蒸發(fā)冷卻、熱電制冷、熱管制冷等。

自然冷卻，是指利用外力迫使流體流過發(fā)熱器件進(jìn)行冷卻的方法。包括導(dǎo)熱、自然對流和輻射換熱的單獨作用或兩種以上換熱形式的組合。自然冷卻方法一般適用于功率較小的電子元器件，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，不需額外的散熱設(shè)備可靠性較強。其主要的散熱方式為金屬導(dǎo)熱。強迫冷卻是利用外力迫使流體流過發(fā)熱器件進(jìn)行冷卻的方法，其包括強迫風(fēng)冷和強迫液態(tài)冷卻等，設(shè)備在熱流密度大于0.08 W/cm2，體積功率密度超過0.08W/cm3時，就需要適用強迫風(fēng)冷或液冷的形式對設(shè)備進(jìn)行冷卻，這也是最常用的散熱方法。風(fēng)冷是指利用通風(fēng)機或機組將設(shè)備中熱源產(chǎn)生的熱量通過風(fēng)道傳遞至熱沉。蒸發(fā)冷卻是利用液體汽化吸收大量汽化熱進(jìn)行冷卻的方法。熱電制冷是利用半導(dǎo)體期間的熱電效應(yīng)等實現(xiàn)電與熱轉(zhuǎn)換的制冷方法［2］。

2　機柜通風(fēng)孔開孔形式及開孔率計算

通風(fēng)孔的形式多種多樣，在民用雷達(dá)電子設(shè)備的機柜散熱設(shè)計中我們常用的通風(fēng)孔型有圓孔、方孔、腰形孔、蜂窩孔等，不同的孔型其散熱效率有著不同的差別。在設(shè)計通風(fēng)孔時，需要根據(jù)元器件上的熱源位置、功率、風(fēng)扇位置、機柜內(nèi)部及外部環(huán)境來綜合考慮通風(fēng)孔的設(shè)計形式。

在熱設(shè)計中，開孔率是一項重要的指標(biāo)，下頁圖中分別例舉了不同的通風(fēng)孔開孔率計算公式。圖1例舉了三種圓孔的開孔率計算公式，圖2例舉了兩種腰形孔的開孔計算公式，圖3例舉了兩種方孔的開孔率計算公式，圖4例舉了蜂窩孔的開孔率計算公式。

圖1　圓孔的開孔率計算公式

圖2　腰形孔的開孔計算公式

圖3　方孔的開孔率計算公式

圖4　蜂窩孔的開孔率計算公式

3　雷達(dá)電子設(shè)備機柜前面板通風(fēng)孔的統(tǒng)一性設(shè)計

在民用雷達(dá)電子設(shè)備機柜中，分布著若干不同的單元，它們大多是以標(biāo)準(zhǔn)的插件或插箱的形式存在，在這些插件及插箱中，有自然散熱設(shè)備也有需要通過風(fēng)機散熱的設(shè)備，那么其外露面板就需要進(jìn)行通風(fēng)孔的設(shè)計。以工業(yè)設(shè)計為基礎(chǔ)，從機柜整體設(shè)計出發(fā)，機柜面板通風(fēng)孔的設(shè)計關(guān)系到機柜整體設(shè)計的美觀性。在滿足散熱需求的基礎(chǔ)之上，統(tǒng)一形式的通風(fēng)孔會讓機柜更加整潔［3］。

在視覺傳達(dá)藝術(shù)與設(shè)計中，平面構(gòu)成是視覺設(shè)計的重要內(nèi)容之一，平面構(gòu)成主要是運用點、線、面的律動組合構(gòu)成不同的畫面形式。平面構(gòu)成中通常會使用到形式美法則，它包括圖形的節(jié)奏與韻律，對比與調(diào)和，對稱與均衡和變化與統(tǒng)一。

在機柜面板的通風(fēng)孔設(shè)計中，我們可以將孔作為一個點狀元素，點的組合形成線狀元素，線的組合又演變?yōu)槊娴脑?，因此通風(fēng)孔的設(shè)計在遵循熱設(shè)計的基本條件之上，可遵循一定的形式美法則。形式美法則中節(jié)奏與韻律、變化與統(tǒng)一原則，在通風(fēng)孔設(shè)計中可適當(dāng)應(yīng)用。節(jié)奏是指均勻的重復(fù)，是在不斷重復(fù)中產(chǎn)生頻率節(jié)奏變化，韻律在平面設(shè)計中，體現(xiàn)為圖形在組織上合乎某種規(guī)律時所給人視覺和心理上的節(jié)奏感，有規(guī)律的節(jié)奏與韻律變化給你以輕松、優(yōu)雅的感覺，如圖5所示。這種規(guī)律應(yīng)用于通風(fēng)孔設(shè)計中，會給使用機柜的人帶來一種輕松、愉悅的感覺，相反雜亂無章的通風(fēng)孔設(shè)計從視覺傳達(dá)的角度來看，會讓人感覺疲勞、煩躁，如圖6所示。變化與統(tǒng)一原則，在通風(fēng)孔設(shè)計中表現(xiàn)為孔型在整個面板中的數(shù)量、排序及大小的變化，根據(jù)不同的面板寬度來綜合考慮通風(fēng)孔的設(shè)計，從整體上來看遵循一定的規(guī)律，有一定的統(tǒng)一性。

圖5　通風(fēng)孔1

圖6　通風(fēng)孔2

［1］邱成悌，趙惇殳，蔣全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2001（12）:56-68.

［2］高敏.產(chǎn)品造型設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1992.

［3］趙惇殳，謝德仁，蘇翔，等.電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1989.

（編輯：劉楠）

On the Civilian radar Electronic Equipment Cabinet Ventilation Hole Design——Integration of Thermal Design and Visual Communication

Wang Tian，Ding Fei，Liu Lujun
（Enterprise Technology Center of Anhui Sun-Create Electronics Co.，Ltd.，Hefei Anhui230031）

Through the analysis of the cooling ways of commonly used in cabinet design，this paper illustrates several kinds of common design in the design of cabinets vent form and its corresponding formula of ventilation rate，and then from the perspective of the cabinet of the overall design，vent design as an important element of the overall design of the cabinet finally expounds the vent design and visual communication link between art and design.

civilian radar；electronic equipment；thermal design；ventilation holes

TN957.8

A

2095-0748（2015）23-0066-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.29

2015-10-25

王甜（1985—），女，安徽淮南人，碩士，結(jié)構(gòu)設(shè)計師，工程師，研究方向：民用雷達(dá)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計。