在艦船中會(huì)使用到大量的電子元器件，所以艦船有效的散熱成為了艦船電子元器件正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。所以本文首先對(duì)有關(guān)熱量傳遞的方法以及散熱的方法進(jìn)行了分析，并對(duì)艦船中電子設(shè)備散熱模式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】艦船 電子設(shè)備 熱設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)的快速發(fā)展，艦船所具備的功能也越來(lái)越多，這就需要在艦船的內(nèi)部安裝大量的電子設(shè)備和電子元器件。在使用過(guò)程中，這些電子設(shè)備和元器件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，造成溫度的升高，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)艦船的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成一定的影響，所以在進(jìn)行艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到艦船電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)。散熱設(shè)計(jì)作為艦船結(jié)構(gòu)組成的一個(gè)重要部分，為艦船內(nèi)電子設(shè)備和電子元器件的安全可靠性提供著保障、為提高電子設(shè)施使用壽命產(chǎn)生重要的意義。

1 傳熱的基本方式及原理

1.1 熱傳導(dǎo)

傳導(dǎo)就是兩個(gè)物體進(jìn)行接觸時(shí)，熱量不需要傳輸媒介可以進(jìn)行直接的傳遞。熱傳導(dǎo)的物理本質(zhì)就是物質(zhì)微粒借助微觀的熱運(yùn)動(dòng)采取內(nèi)能的方式在物體接觸面面上進(jìn)行傳導(dǎo)。

在使用熱傳導(dǎo)進(jìn)行散熱時(shí)，為了提高散熱效果通常采用以下幾點(diǎn)方式：首先在選擇導(dǎo)熱材料普遍采用一些導(dǎo)熱系數(shù)比較大來(lái)進(jìn)行導(dǎo)熱零件的制作。在眾多材料中，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)是最大的，其次是非金屬類，通過(guò)綜合考慮金屬材料的物理和化學(xué)方應(yīng)，一般情況采用鋁型材進(jìn)行導(dǎo)熱零件的制作。其次就是在進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)可以通過(guò)增大接觸面積提高散熱效率。通?？諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)比較小，在進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)物體之間的接觸面若出現(xiàn)空氣將會(huì)對(duì)散熱造成影響，這主要是因?yàn)榭諝饩哂懈魺岬淖饔?，進(jìn)而造成導(dǎo)熱量的降低。所以在進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)要將物體之間的接觸進(jìn)行均勻的壓力進(jìn)行接觸，保證接觸面將空氣盡量的排除同時(shí)使接觸面達(dá)到最大的面積。

1.2 熱對(duì)流

對(duì)流就是在發(fā)熱體的周圍設(shè)置流體媒介，隨后發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量被這些流動(dòng)媒介采用流動(dòng)的方式將熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)移的方式。在流動(dòng)媒介中會(huì)出現(xiàn)不同的流動(dòng)運(yùn)動(dòng)原因，所以可以劃分為自然和強(qiáng)迫對(duì)流量?jī)煞N。出現(xiàn)自然對(duì)流是因?yàn)闇夭钤蛩a(chǎn)生的，流體所受到的冷熱情況不同，會(huì)出現(xiàn)冷熱受力不同再加上密度的差別從而引發(fā)流動(dòng)媒介的自然運(yùn)動(dòng)。而強(qiáng)迫對(duì)流則是在軸流分機(jī)等機(jī)械力的作用下使流體媒介出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，進(jìn)而使流體在發(fā)熱物體表面產(chǎn)生高速流動(dòng)，從而增強(qiáng)對(duì)流作用?，F(xiàn)將兩種對(duì)流方式的對(duì)比見表1所示。

在使用熱對(duì)流散熱的時(shí)候，可以通過(guò)以下措施提高散熱效果：首先是提高溫差，就是將發(fā)熱體周圍對(duì)流媒介的溫度降低。其次是將散熱器的的面積盡可能的增大以此提高散熱能力；將散熱器的形狀做成有利于散熱的形狀，比如可以做成肋片或者是叉指等形狀。最后是提高對(duì)流媒介的流動(dòng)速度，同時(shí)在選取散熱媒介時(shí)盡量選擇易散熱的物質(zhì)，能夠?qū)⒏嗟臒崃窟M(jìn)行傳遞。

1.3 熱輻射

熱輻射就是熱量通過(guò)電磁波的方式進(jìn)行傳遞。電子設(shè)施在出現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí)，在設(shè)備內(nèi)的電子震動(dòng)會(huì)引發(fā)輻射，每一種物體都能夠輻射能量，有的被吸收有的被反射，還有的能夠穿透物體進(jìn)行更遠(yuǎn)的傳播。

在使用熱輻射進(jìn)行散熱時(shí)，為了提高散熱效果，可以采取以下幾點(diǎn)措施：首先是增大散熱表面的粗糙度和面積，熱輻射會(huì)隨著粗燥程度和表面面積的加大能散熱能力也會(huì)隨之提高。例如船艦中用于固定計(jì)算機(jī)的箱體表面就是用無(wú)光黑漆制作成的，以便于更好的發(fā)揮熱輻射作用。其次是提高輻射體和其他物體的溫差，也就保證周圍媒介溫度盡可能的低。

2 散熱方式的選選取

在進(jìn)行船艦散熱方式選取時(shí)，首先要考慮的問(wèn)題就是船艦內(nèi)部所使用的電子設(shè)備體積、功率和密度，所以要根據(jù)具體的情況選取散熱方式。

2.1 自然散熱

自然散熱就是在不借助其他輔助能量的前提下，通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等方法進(jìn)行熱量的傳遞。采用這種方式散熱就要求盡量減少大功率元器件的使用以及將熱阻降低到不能降低的程度。

2.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷

強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式其關(guān)鍵技術(shù)就是要保證氣流通道的有效性，保證熱量能夠按照設(shè)計(jì)好的通道將熱量傳遞到設(shè)備外部，另外需要注意的問(wèn)題就是避免進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口太近出現(xiàn)氣流短路現(xiàn)象。在強(qiáng)迫風(fēng)冷方法中產(chǎn)生風(fēng)源主要有兩種方法：一種就是通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)；另外一種就是盡可能多的在柜體開設(shè)通風(fēng)孔。

2.3 液體散熱

在進(jìn)行液體散熱方式設(shè)計(jì)時(shí)，通常其流程如下：散熱方式的確定、散熱劑的選取、通過(guò)計(jì)算確定散熱流量和速度、熱交換機(jī)的選取、確定溫差、進(jìn)行散熱流量的二次確定、計(jì)算散熱參數(shù)、面積以及熱阻力、泵和電機(jī)的選取[3]。一般情況下，首先采用直接液體進(jìn)行散熱的方式，若是要求達(dá)不到，可以使用間接的方式。

受海上環(huán)境的影響，為了避免受到潮濕和腐蝕的影響，通常采用密閉設(shè)計(jì)。而散熱時(shí)則是通過(guò)添加導(dǎo)熱板的方式，將熱量通過(guò)導(dǎo)熱板傳遞到設(shè)備外殼上，在將熱量傳播到設(shè)備外部。通常在船艦上采用自然散熱和強(qiáng)迫風(fēng)冷相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)備的散熱處理。

3 艦船電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)

3.1 元器件熱設(shè)計(jì)

在進(jìn)行印制板上元器件散熱設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用的方式在元器件和印制板之間建立一條低熱阻線路，通過(guò)該線路進(jìn)行熱量的傳遞。為了保證散熱效率的最大化，低熱阻線路通常使用導(dǎo)熱硅膠進(jìn)行連接。

3.2 印制板熱設(shè)計(jì)

印制電路板通常為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)就是為了便于印制電路板的散熱。法向與平行方向相比，導(dǎo)熱能力存在著極大的差別，平行方向要好于法向方向，所以在印制電路板中通常使用鉚接導(dǎo)熱條進(jìn)行散熱。

3.3 結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)

船艦內(nèi)部設(shè)備熱設(shè)計(jì)之所以選擇自然散熱，就是在考慮設(shè)備所承受的各種電磁問(wèn)題和機(jī)械應(yīng)力所決定的。通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等自然散熱方式能夠?qū)㈦娮釉骷a(chǎn)生的熱量進(jìn)行傳遞，同時(shí)也能保證設(shè)備的安全可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著穿件電子設(shè)施的大量應(yīng)用，使船艦電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)開始向著復(fù)雜化發(fā)展，大量的新問(wèn)題開始出現(xiàn)。為了保證船艦電子設(shè)備具有良好的散熱性，其關(guān)鍵技術(shù)就是充分的降低發(fā)熱體和最終散熱體之間的熱阻為最小，才能保證船艦電子設(shè)備的正常使用。

參考文獻(xiàn)

[1]白亮，劉運(yùn)凱.電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)要點(diǎn)及相關(guān)工藝探討[J].企業(yè)文化旬刊，2016（06）.

[2]程家賡.淺論大功率電子設(shè)備結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)[J].工業(yè)B，2017（02）：00206-00206.

[3]翁建華，石夢(mèng)琦，崔曉鈺.電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中的數(shù)值計(jì)算[J].機(jī)電技術(shù)，2016（05）：18-20.

作者簡(jiǎn)介

侯春寶（1967-），男，遼寧省北鎮(zhèn)市人。大學(xué)本科學(xué)歷。高級(jí)工程師。研究方向?yàn)榕灤瑢?dǎo)航。

作者單位

1.92956部隊(duì) 遼寧省大連市 116041

2.南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院 江西省南昌市 330063