强迫通风冷却是利用通风机驱使冷却空气流经发热体表面,把热量带走的一种冷却方法。空气流速越高,发热体表面与空气间形成的边界层的热阻就越小,带走的热量就越多。强迫风冷的冷却能力比自然冷却散热量要大十倍左右,但其成本、噪声以及复杂性增加了。一、强迫通风冷却设计基本原则① 整机通风冷却设计的焦点在于合理控制气流与分配气流,使其按照预定的路径通行,并将气流合理地分配给各单元和组件,使所有元器件均在稍低于额定的温度下工作。② 元器件排列时,应将不发热或发热量小的元器件排列在冷空气的上游(靠近进风口处),耐热性差的元器件排列在最上游,其余元器件可按它们耐温的高低,以递增的顺序逐一排列。对那些发热量大,而导热性能差的(如电子管)元器件,必须使其暴露在冷气流中;而导热性好的,体积较大的变压器、扼流圈可依靠导热方式,将其热量传递到附近有冷空气流过的底板上。③ 在不影响电性能的前提下,将发热量大的元器件集中在一起,并与其他元器件采用热绝缘的办法,进行单独的集中通风冷却。这样可使系统(或单元)所需的风量、风压显著下降,以减少通风机的电机功率。④ 为了降低空气的输送阻力,各元器件在单元内排列时,应力求对空气的阻力最小,尽量避免在风道上安装大型元器件以免造成阻塞。⑤ 整机通风系统的进、出风口应尽量远离,以避免气流短路。⑥ 为提高主要元器件的换热效率,可将元器件装入与其外形相似的风道内,进行单独的集中通风冷却。二、单个电子元器件的强迫空气冷却在整机机柜中有的单个电子元器件需要冷却,例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波管、调制管和阻尼二极管等需要集中风冷,为了提高冷却效果,可设计一个专用风道,把发热器件装入该风道内,如图1所示,气流沿发热器件轴线流动,因为有环形风道,所以不能用沿平板流动的准则方程,而应采用下式计算❖ 式中Ref数的范围是180<Ref<8000,定性温度取流体温度,特征尺寸取2δ(δ为环形通道的间隙)。❖ 图1为保证气流在环形间隙通道中呈紊流状态,必须设计一个比较合适的间隙,通常认为在环形通道中Re≥4000时,就有足够的紊流,则❖ 其中υ为空气的运动黏度(m2/s);ω为环形通道中气流的速度(m/s)。三、整机抽风冷却抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或机箱。热量经专门的风道或直接排到设备周围的大气中。抽风的特点是风量大,风压小,各部分风量比较均匀。因此,整机抽风冷却常用在机柜中各单元的热量分布比较均匀、各元件所需冷却表面的风阻较小的情况。由于热空气的密度较小,它有一个浮升力,因此,抽风机一般都装在机柜顶部或上侧面,出风口面向设备周围的大气。当各单元有热敏元件时,就需要有专用的抽风管道,如图2(a)所示。此时,上下各单元互不通气。为防止灰尘被吸入,可在进风口处装滤尘装置。当机柜中部或顶部各单元需要风冷,但没有热敏元件时,可采用不设专用抽风道的形式,如图2(b)所示。为了便于气流流通,机柜底板以及中层各底板均需要开孔、开槽。为防止气流短路,只允许在机柜的底侧开百叶窗或通风孔等。❖ 图2四、整机鼓风冷却整机鼓风可以分为有鼓风管道和无管道两种,如图3所示。❖ 图3整机鼓风的特点是风压大,风量比较集中。整机鼓风冷却通常适用于单元内热量分布不均匀,各单元需要专门风道冷却,风阻较大、元件较多的情况下。其中图3(a)为有风管形式,这样便于控制各单元的风量。图3(b)只适用于在底层内具有风阻较大的元件,中上层无热敏元件的情况。五、大机柜中屏蔽插盒的通风冷却一些大型电子设备(计算机、载波通信机等),采取了大量的印制电路板,为了提高电子线路对电磁干扰的屏蔽能力,常常把印制电路板装在一个用金属钣件制成的密封小盒内,元件产生的热量通过盒内的对流、导热和辐射,传给盒壁,再由盒壁传给冷却空气,把热量散掉,如图4所示。印制板上的电子元器件安装高度相差比较大时,应保证最高元件与屏蔽盒之间的间隙不小于23mm,否则将影响盒子内部的自然对流。❖ 图4六、空心印制板的通风冷却强迫通风时,潮湿空气将影响印制板的电器性能。因此,有许多机载或舰载的电子设备技术条件规定,不允许冷却空气直接与电子元器件或电子线路接触,风扇驱动的冷却空气通过由电子机箱壁形成的热交换器,以及与印制板背靠背形成的空心冷却空气通道,如图5所示。❖ 图5印制板用金属板或导热条作为导热材料。这样可以缩短从电子元器件至冷却空气的热流路径的长度,减小元器件的温升。印制板上元器件的引线不宜伸入空心通道,以免增加阻力。空心印制板风冷设计的主要问题是密封。要保证冷却空气不从印制板通道上泄漏,有三种常用的密封方法:以锥形印制板边缘与软的密封垫界面接触形成密封结构;搭接界面,用密封垫密封印制板端边的外表面,如图5(a)所示;将有通道的印制板重叠在一起,四角用四个螺栓夹紧,印制板之间用O形密封圈进行密封,如图5(b)所示。空心印制板组装件的风道结构可分为串联和并联两种,如图6所示。串联通风(如图6(a)所示)的特点是风阻大、温升高、冷却空气的利用率高。并联通风(如图6(b)所示)的特点是风量较大、风阻小、温升较低、冷却效果好,但冷却空气的利用率较低。目前机载及舰载的高密度组装电子机箱,一般都采用并联通风形式。❖ 图6长按二维码识别关注我们