电子设备的液体冷却(二)

一、冷却剂电子设备用的冷却剂特性主要有以下五个方面：①冷却液的热特性。还包括导电系数、质量定压热容、密度、黏度、膨胀系数和表面张力等。②物理特性。用于冷却液的方便性和安全性，还包括必要的沸点和冰点。

对密封设备，拒绝冷却液的表面张力较低一些。自由选择尽可能低的闪点、燃点和燃烧温度，而易燃性应尽量地较低。③电气特性。

还包括介电强度、体积电阻率、介电常数和损耗因素等。④相容性。

与元器件的相容性要好，不产生化学反应，热稳定性要好，不易挥发。⑤经济性。成本要较低。

由于热传导是一个简单的过程，牵涉到的因素又如此之多，因此无法寻找单项的评价标准来较为各种加热液体的加热效果。但可以找到某种特定工作条件下，影响热传导的主要标准，并可作为一般指导原则。几种常用冷却剂性能闻表格1。

表格11．必要液体加热的冷却液由于冷却液要与电子元件必要认识，所以液体必需具备低稳定性。同时，在工作温度范围内要具备不易挥发、不再次发生相态变化等性能，不应特别注意液体对电气性能、机械性能的影响。目前用作必要加热的冷却液有：硅有机油、变压器油、去离子蒸馏水、C8F16O氟化液以及一些碳氟化合物等。

挥发性很强的液体不应作为冷却液，因为在热源周围不易被蒸气罩住，构成相当大的气膜热阻，对风扇有利。2．间接液体加热的冷却液取决于否适宜于做到间接液冷冷却液的两个主要因素是腐蚀性和热特性。由于冷却液不与电子元器件必要认识，对电性能没影响。

水是最经济有效地的冷却液。为了避免水对管道的生锈，可在水中特缓蚀剂。

为了避免水中矿物质在管道中分解水垢，可使用磁化水或去离子（钙离子、镁离子、钠离子）的蒸馏水等。二、液体冷却系统的设计液体加热根据加热介质的有所不同，可分成水冷、油冻和其他有机液体加热等。由于水的质量定压热容大，所以当电子元器件对电气性能没特殊要求的情况下，经常使用水冷方式，这样可约加热效率高及低成本之目的。

液体冷却系统的设计计算出来程序如下：①根据设备（或痉挛元器件）的技术条件，确认冷却系统的加热方式并自由选择加热液体，然后展开热传导计算出来，确认加热液体的流量和流速。②自由选择二次加热方式（热交换器形式）。根据水源、损耗功率大小以及气象资料（环境温度等）来确认热交换器的形式。

当传热容量在20kW以上，而且水源比较丰富时，可使用水－水热交换器。当传热容量大于20kW，水源较补时（如移动式设备），可使用水－空气热交换器。③分别确认热流体和冷流体的温差Δt1和Δt2。

自由选择Δt时，既要确保能拿走热量，又要确保系统启动后尽早超过工作温度。出口水温度一般不应多达60～70℃，若温度过低，则不易产生水垢而影响风扇性能。对于水冷系统，一次水的温差，根据经验引荐Δt1＝7～10℃；二次水的温差是非为5℃左右。

④根据二次加热液体的温差Δt2，由热平衡方程式确认其流量。⑤确认冻流体在换热器中的南北，根据其南北，分别算出在换热器中的换热系数h1和h2。

⑥根据h1、h2及Δtm确认热交换器的KA值，并对热交换器展开结构设计或自由选择合乎KA值的热交换器。⑦根据整个冷却系统的结构布置，计算出来系统的阻力损失，以便融合流量自由选择泵及电机功率的大小。对于大功率发射管的水冷系统，为了确保痉挛元件的热量能由热流体（一次水）有效地拿走，必需合理地设计加热阳极块的水套。

水套设计的关键在于确保水套有一定的间隙δ，如图1右图。？图1⑧冷却水套的设计。为了使功率器件的搜集近于（阳极）表面热量有效地由冷却剂拿走，不应设计一个水套，使冷却水与搜集近于表面之间构成流场状态，以超过充份的传热。当搜集近于表面与水套之间构成的空间为环形间隙时，其当量直径d0＝2δ，此时冷却水在环形间隙内的流速为？式中qv——水套内加热水流量（m3／s）；δ——水套与搜集近于之间的间隙（m）；d——器件搜集极的外径（m）。

另设流体在间隙内构成流场的雷诺数Re＞4000，则在环形间隙内（D－d），痉挛体与冷却水展开传热的对流换热系数h为式中D——管的外径（m）；d——器件搜集极的外径（m）；k——液体的导电系数（W／（m·℃））。⑨管路与阀的搭配。

为了运送和掌控冷却剂的循环，在液体冷却系统中不应设置适当的管路和阀门。不应尽可能减少管路中阀的数量，并考虑到用于操作者及修理的便利。

机载设备的液冷系统不应使用高强度的薄壁管道与连接器，以增加其尺寸和质量；对于船用及地面的液冷系统，因对质量的拒绝不低，则可考虑到自由选择大型、价廉的运送管道。⑩液冷系统的监控与防水。在液冷系统中，对冷却剂运营过程的几个主要参数，如温度、流量和压力，必需实施监控与掌控。当系统正处于长时间工作时，这些运营参数不应能及时、精确地表明在集中控制室内，一旦某个参数出现异常，不应能很快地收到警告信号，排除故障。

同时要对冷却系统展开防腐蚀设计。三、液体冷却系统的掌控当热阻抗或工作环境条件转变时，应付冷却系统中的冷却剂的流量展开掌控，从而构建对温度的调节，增加热循环对可靠性有利的影响。在风干式必要冷却系统中，设备比较相同，无法对冷却剂展开调节。

因此，仅有在强制液体冷却系统中对冷却剂流量展开掌控。根据元器件或组件对温度脆弱的程度展开冷却剂流量的调节。对于打开的系统或对热十分脆弱的组件，其工作温度不应掌控在规定的范围内。

有时须要配有冷却剂的冷却装置。掌控的方式可分成：停歇式、旁通式和连续式。

通过温度传感器产生的信号，掌控冷却系统中的阀门或类似于装置，构建流量（温度）的掌控。图2（a）为冷却系统停歇掌控的示意图。它通过温度传感器获取的信号，使继电器通断来掌控泵或电磁阀，超过掌控的目的。

图2图2（b）为冷却系统旁通掌控示意图。通过温度传感器获取的信号，使继电器通断掌控并联于换热器返路上的电磁阀，使冷却剂周期性地流经换热器（泵倒数循环），超过掌控温度的目的。

图2（c）为冷却系统倒数掌控的示意图，由温度传感器获取倒数变化的信号，使比例控制阀对节流阀实施换热器返路上流量的调节。比例传感器除鼓舞节流阀外，还可对温度指示器展开监控。根据系统的试验和分析，确认温度传感器的调节方位和设定值。

在调节范围和许用温升之间尚存必要的余地。不应考虑到元器件与温度传感器之间因热容产生的时间迟缓影响。

电源型温度传感器有两个方式原作温度：接上和插入温度。接上温度不应低于插入温度。接上与插入的温差，精密型温度传感器高于1℃，一般温度传感器平均10℃或更高。

比例控制系统设计时，不应设置一个“杀区”，以避免在控制点周围产生“追赶波动”。强制对流系统不应装设流体的流速传感器，避免电路工作时，泵（或鼓风机）不工作。

系统电机（泵或风机）的电源不应独立国家供电，使冷却剂在电子设备关机之后能之后循环，避免局部短路。

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