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结构因素对风冷效果的影响

  • 文章关键词:

    结构因素

    对风冷

  • 一、通风机的位置强迫通风冷却时,气流的方向及通风机的位置等将影响冷却效果。轴流式鼓风系统,风机位于冷空气的入口处,把冷空气直接吹进机箱内,可以提高机箱的空气压力,并产生一部分涡流,改善换热性能。但是,在鼓风系统中,通风机电机的热量也被冷空气带入机箱,影响散热效果。非密封式设备,还有漏风现象。轴流式抽风系统,由于从机箱内抽出受热的空气,故将减小机箱内的空气压力。通风机电机的热量不仅不会进入机箱内,而且还可以从机箱的其他缝隙中吸入一部分冷空气,提高冷却效果。轴流式通风机叶片安装位置也将影响其冷却效果。由气流流场分布测量结果可知,叶片应安装在通风道的下游,这时风道较长,气流速度分布可以得到改善。图1所示为两种不同位置的速度分布。

    图1如果通风机安装在一个受限制的位置,如风道90°的弯曲处,叶片应装在气流的下游,如果安装在气流的上游,在出口处容易形成涡流,而影响通风冷却的效果。图2是两种不同的安装形式的比较:图2(a)是叶片安装在气流的下游,速度分布较好,冷却效果也较好;图2(b)是叶片安装在气流的上游,速度分布和冷却效果较差。

    图2二、风道结构形式具有平行风道的冷却系统,要求气流进入机箱后,形成高的静压和低的动压,以便提高冷却效果、降低出口和弯曲处的压力损失。如果电子机箱比较长,功耗较大,而风道的截面不增加时,则必须增加冷却空气的流速。如图3(a)所示的结构,上下风道的截面不变而且相等时,流体流至下风道叉口处膨胀,使压力上升,而且可能使下风道叉口处的压力大于上风道叉口处的压力,将导致气流回流。即使支管存在阻力损失,可以缓和这种现象,但仍可能出现下风道叉口处的压力大于上风道出口处压力与支管阻力损失之和,而产生回流现象。为防止气流回流,进风道截面积应大于各分支风道截面积总和,如图3(b)所示。采用锥形风道结构形式,可以使风道中任意一点的截面积大于支风道的截面积。

    图3三、元器件的排列为了提高冷却效果,在冷却气流流速不大的情况下(雷诺数不大),元器件应按交叉方式排列,这样可以提高气流的紊流程度,增加散热能力。对集成元件较多的印制板,可以在集成元件之间加紊流器,以提高气流紊流的程度。四、热源位置由发热元器件组成的发热区的中心线,应与入风口的中心线一致或略低于入风口的中心线,这样可以使电子机箱内受热而上升的热空气由冷却空气迅速带走,并直接冷却发热元器件。分层结构的大型电子设备,可将耐热性较好的热源插箱放在冷却气流的下游,而耐热性较差的插箱放在冷却气流的上游。五、漏风的影响大型机柜在强迫通风时,机柜缝隙的漏风将直接影响散热效果。图4大型机柜在强迫通风时,机柜缝隙的漏风将直接影响散热效果。图4-26(a)所示为机柜四周密封不漏风的情况下,风机的位置对通风效果没有影响。沿机柜高度方向任意一个发热区断面,风量基本上是相同的。图4(a)所示为机柜四周密封不漏风的情况下,风机的位置对通风效果没有影响。沿机柜高度方向任意一个发热区断面,风量基本上是相同的。

    图4如果机柜四侧存在缝隙,当通风机安装在出口处抽风时,外界空气从缝隙进入机柜,风量从入口到出口是逐渐增加的,如图4(b)所示。当通风机装在入口处鼓风时,机柜内静压较高,气流将从缝隙漏出,风量沿机柜方向是逐渐减少的,如图4(c)所示。采用串联通风形式,机柜内部气压分成正压区和负压区两部分,既有气流从缝隙流入,也有从缝隙流出,沿机柜高度方向风量分布如图4(d)所示。从试验效果来看,当有缝隙存在时,抽风形式的冷却效果比鼓风形式好。缝隙的大小对冷却效果也有影响,缝隙小的冷却效果比缝隙大的冷却效果要好。因此,在设计强迫通风冷却系统时,应特别注意缝隙气流的泄漏问题。六、紊流器当风冷系统的冷却气流经过多块印制板组件时,印制板的间距应控制在13mm左右,为防止气流在印制板组件表面形成边界层,影响换热效果,应在印制板组装件气流流动方向的适当位置加装紊流器(如图5所示),破坏边界层的形成,提高紊流程度,改善对流换热性能。

    图5在由两块印制板组装件形成的平行通道中装一块波纹板(如图6所示),可以提高冷却空气的流动紊流特性,增强印制板上发热元器件的散热能力,降低电子元器件的温度,在安装波纹板时,应将波峰尽量放在发热元件的上方,增加波纹板上的波纹数能有效地提高传热能力,元器件的最高温度随波纹数和雷诺数的增加而减小,改善了元器件的热特性。

    图6

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