文雯 趙亮 張杰

摘要：強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱是指利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)或者抽風(fēng)，提高設(shè)備內(nèi)部空氣流動(dòng)速度，達(dá)到散熱目的的冷卻方式。本文就風(fēng)機(jī)安裝方式對(duì)側(cè)壁風(fēng)冷機(jī)箱散熱效果的影響進(jìn)行了研究，建立了試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以?yàn)證在風(fēng)阻相同的情況下，風(fēng)機(jī)抽風(fēng)工作與鼓風(fēng)工作時(shí)，側(cè)壁風(fēng)冷機(jī)箱冷卻效果的差異。

關(guān)鍵詞：側(cè)壁風(fēng)冷;鼓風(fēng);抽風(fēng);冷卻效果

1 引言

隨著高密度組裝技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備內(nèi)部熱流密度急劇增加，為了使電子設(shè)備以最低的成本在特定使用環(huán)境下可靠工作，應(yīng)盡量使用自然對(duì)流或低轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)等可靠性高的冷卻方式。當(dāng)自然對(duì)流冷卻無(wú)法滿足高功耗設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)要求，而設(shè)備受到工作環(huán)境的限制無(wú)法采用液冷冷卻時(shí)，強(qiáng)迫風(fēng)冷因其空間安裝要求不高，設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本低廉、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，成為高功耗密封箱體熱設(shè)計(jì)時(shí)的首選方式[1]。風(fēng)冷機(jī)箱可分為側(cè)壁風(fēng)冷和貫穿風(fēng)冷，模塊產(chǎn)生的熱量由冷卻空氣帶走。冷卻空氣可以由冷卻系統(tǒng)提供，也可以由機(jī)箱自帶風(fēng)機(jī)提供，散熱效率較高[2]。

2 鼓風(fēng)與抽風(fēng)的區(qū)別

鼓風(fēng)的主要特點(diǎn)如下：

a）風(fēng)扇出口附近氣流主要為紊流流動(dòng)，局部換熱強(qiáng)烈;

b）在機(jī)箱內(nèi)形成正壓;

c）風(fēng)機(jī)電機(jī)的熱量也被冷空氣帶入機(jī)箱，影響散熱效果;

d）風(fēng)扇將不會(huì)受到系統(tǒng)散熱量的影響，工作在較低的空氣溫度下，風(fēng)扇壽命較長(zhǎng)。

吹風(fēng)的主要特點(diǎn)如下：

a）風(fēng)道橫截面上速度分布比較均勻，風(fēng)速較低，一般為層流狀態(tài);

b）機(jī)箱內(nèi)形成負(fù)壓，縫隙中的灰塵將進(jìn)入機(jī)箱;

c）風(fēng)扇將在出風(fēng)口高溫氣流下工作，壽命會(huì)受影響。

抽風(fēng)冷卻主要適用于發(fā)熱器件分布比較均勻，風(fēng)道比較復(fù)雜的情況。鼓風(fēng)冷卻通常用在熱量分布不均勻，風(fēng)阻大，元器件較多的情況下。

3 側(cè)壁風(fēng)冷

機(jī)箱采用側(cè)壁風(fēng)冷結(jié)構(gòu)時(shí)，電子模塊的熱量一部分通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)傳遞到機(jī)箱壁;一部分通過(guò)輻射和對(duì)流傳遞到周圍大氣中。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)采用側(cè)壁風(fēng)冷散熱方式的1ATR整機(jī)。

整機(jī)功耗約113W，各模塊的功耗分布見(jiàn)下表。

機(jī)箱采用真空釬焊工藝焊接而成，模塊散熱冷板材料為鋁合金6061-T651，電路板基板主要材料為覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板。

風(fēng)機(jī)根據(jù)設(shè)備冷卻系統(tǒng)所需要的風(fēng)量、風(fēng)壓及空間大小來(lái)選定。根據(jù)本測(cè)試設(shè)備需求，選用風(fēng)量大、風(fēng)壓低的軸流式風(fēng)機(jī)。在選定風(fēng)機(jī)類型以后，再根據(jù)設(shè)備所需要的風(fēng)量和風(fēng)壓要求來(lái)選擇具體型號(hào)的尺寸。

4.2試驗(yàn)結(jié)果

采用美國(guó)Angilent公司K型熱電偶和美國(guó)Fluke公司2635A數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行熱測(cè)試，設(shè)備達(dá)到熱平衡后，將測(cè)試點(diǎn)溫度記入下表。

5. 結(jié)論與分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果所示，側(cè)壁風(fēng)冷機(jī)箱：

a）當(dāng)風(fēng)機(jī)抽風(fēng)時(shí)，改進(jìn)風(fēng)機(jī)罩設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)換熱，降低產(chǎn)品溫度;

b）當(dāng)風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)時(shí)，改進(jìn)風(fēng)機(jī)罩設(shè)計(jì)不會(huì)加強(qiáng)換熱，降低產(chǎn)品溫度;

c）風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)時(shí)，出風(fēng)口的溫度高于抽風(fēng)時(shí);

d）風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)時(shí)，機(jī)箱的換熱效果優(yōu)于抽風(fēng)時(shí);

e）在上蓋板與模塊結(jié)構(gòu)件之間增加導(dǎo)熱材料產(chǎn)品溫度沒(méi)有明顯降低;

f）距離大于1m后，風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)或抽風(fēng)工作時(shí)，噪聲無(wú)明顯差異;

g）距離10cm時(shí)，風(fēng)機(jī)抽風(fēng)工作時(shí)的噪聲明顯大于鼓風(fēng)工作時(shí)的噪聲。

h）在風(fēng)阻相同的情況下，側(cè)壁風(fēng)冷機(jī)箱在風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)工作時(shí)，冷卻效果更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁尚勇. 軍用強(qiáng)迫風(fēng)冷加固計(jì)算機(jī)噪聲影響因素研究[J]. 艦船電子對(duì)抗，2017，02：106-108.

[2]任召，郭建平，張豐華. 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素[J]. 中國(guó)新通信，2019，13：228.

作者簡(jiǎn)介：文雯（1985-），女，工程師，主要從事機(jī)載、彈載計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。