Este documento presenta principalmente los conocimientos básicos del diseño térmico de equipos electrónicos, y los diseñadores térmicos deben estar familiarizados con estos conocimientos básicos si desean realizar análisis térmicos o convertirse en diseñadores calificados de disipación de calor electrónico. Solo el diseñador que domina los conocimientos básicos de conducción de calor, de acuerdo con el modo de trabajo del equipo y la cantidad de generación de calor, puede diseñar uno o varios modos de enfriamiento por conducción de calor adecuados para el sitio industrial, para satisfacer las necesidades de conducción de calor del equipo del sitio industrial.
Palabras clave
Modo de transferencia de calor
ecuación de conservación de masa
Método y procedimiento de diseño de disipación de calor de un dispositivo de calentamiento.
Enfriamiento natural
Refrigeración por ventilación forzada
Refrigeración líquida directa
Placa de refrigeración líquida indirecta
Contenido del artículo
La segunda ley de la termodinámica establece que el calor es siempre espontáneo e irreversible, de alta temperatura a baja temperatura, es decir, mientras exista una diferencia de temperatura, el calor se transferirá espontáneamente de alta temperatura a baja temperatura, formándose el intercambio de calor. Existen tres modos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Pueden aparecer solos, o en dos o tres formas al mismo tiempo.
La conservación de la masa en el movimiento de fluidos significa que la masa total del fluido que fluye a través de un espacio determinado permanece constante y cualquier problema de flujo debe satisfacer la ley de conservación de la masa. La ecuación de continuidad del cuerpo de control es:
La ley de conservación del momento es una de las leyes de conservación más importantes y universales de la naturaleza. Se aplica tanto a objetos macroscópicos como a partículas microscópicas. Es adecuada tanto para objetos en movimiento a baja velocidad como para objetos en movimiento a alta velocidad. Se aplica tanto a sistemas conservativos como no conservativos. La ley de conservación del momento es una ley fundamental que cualquier sistema en movimiento, incluido cualquier sistema que fluya, debe obedecer cuando no está sujeto a fuerzas externas. Esta ecuación se puede interpretar como: la fuerza resultante que actúa sobre un fluido en un cuerpo de control es igual a la cantidad acumulada de momento que sale del cuerpo de control por unidad de tiempo menos el momento que entra en el cuerpo de control por unidad de tiempo más el momento del fluido en el cuerpo de control por unidad de tiempo. La ecuación de momento para el cuerpo de control es:
El diseño de la disipación y conducción de calor es un aspecto importante del diseño de la confiabilidad del equipo. Los equipos electrónicos, siempre que la electricidad tenga calor, es la fuente de calor, el calor generado es igual a la disipación de potencia. La potencia disipada (potencia de calentamiento) es la base del diseño térmico y se puede determinar mediante cálculos experimentales y teóricos. En general, se aumenta el factor de seguridad, valor conservador, apropiado más alto. El diseño térmico generalmente se diseña bajo las condiciones más severas: la temperatura ambiente más alta y la disipación de calor máxima. En general, el diseño de la disipación y conducción de calor de los equipos electrónicos debe cumplir con los siguientes aspectos y pasos:
（1)Determinar el área de disipación de calor del dispositivo de calentamiento, el rango límite de temperatura ambiente del radiador o del medio de aire circundante;
（2) Determinar la densidad convectiva y el modo de disipación del calor;
(3) Realizar análisis de tensión en algunos componentes de calefacción clave, determinar su temperatura máxima permitida y consumo de energía, y analizar su tasa de falla bajo la relación de temperatura;
（4) Calcular la densidad térmica de acuerdo con el método de instalación del dispositivo de calefacción y de todo el equipo;
（5) La temperatura máxima de trabajo de la superficie está determinada por la resistencia térmica interna del dispositivo;
（6) Calcular el valor de la barrera térmica total entre el dispositivo y la superficie de disipación de calor final;
（7) Calcular y distribuir la barrera térmica de acuerdo con la medición de generación de calor y otros factores, y evaluarla para determinar el modo de conducción de calor y el modo de enfriamiento.
El enfriamiento natural colocado es la acción única de disipación de calor, transferencia de calor por convección y radiación o una combinación de más de dos formas de transferencia de calor, las ventajas de alta confiabilidad y bajo costo. El enfriamiento natural se ve muy afectado por el entorno externo, y existen obstáculos fáciles para la conducción de calor en el camino de conducción, lo que aumenta la resistencia de conducción de calor, reduciendo así la velocidad de conducción de la transferencia de calor del aire y la dosis de flujo de aire. Por lo tanto, en el caso de interferencias del entorno externo al equipo, este método de enfriamiento es un método de enfriamiento relativamente simple, eficiente y rentable. No requiere equipo de transferencia de refrigerante como ventiladores o bombas de transferencia, y evita problemas de confiabilidad del sistema causados por el desgaste o falla de los componentes del equipo. Por lo tanto, se deben preferir los métodos de enfriamiento natural.
En el enfriamiento de aire forzado, los equipos electrónicos integrados de alto consumo de energía y más calor no pueden depender del equipo de enfriamiento del viento natural, porque tiene una mayor velocidad de convección y un mayor flujo que el aire en el enfriamiento natural, y varios otros modos de conducción de calor del modo de enfriamiento forzado en comparación, este modo de enfriamiento tiene las ventajas de una estructura simple, bajo costo y fácil mantenimiento.
Lo que llamamos refrigeración líquida directa es que la parte calefactora de los componentes electrónicos del equipo está en contacto directo con el refrigerante para el intercambio de calor. Los componentes calefactores transfieren el calor generado al refrigerante, de modo que el calor se reduce y la temperatura del refrigerante aumenta, y luego el exceso de calor se pierde por el refrigerante. Este método de refrigeración es adecuado para equipos con alta densidad térmica o alta densidad de integración de componentes electrónicos. El método de refrigeración necesita altas características de los componentes calefactores y del refrigerante. El refrigerante debe cumplir con los requisitos de alto punto de ebullición, no descomposición, no volatilización y otras características a la temperatura de trabajo del equipo electrónico, y también debe cumplir con el requisito de que el refrigerante no afecte el funcionamiento del equipo.
El enfriamiento indirecto por líquido, comúnmente conocido como enfriamiento indirecto por líquido, se refiere al hecho de que el refrigerante no entra en contacto directo con los componentes electrónicos de calefacción, sino que a través de la placa base del equipo externo y otros módulos intermedios de los componentes de calefacción entra en contacto con el calor generado por el refrigerante indirecto, el líquido de enfriamiento después de calentarse y luego a través de la superficie de la pérdida de refrigerante para lograr el propósito del enfriamiento indirecto. El diseño del sistema de enfriamiento indirecto por líquido requiere principalmente una buena ruta de conducción térmica entre la fuente de calor y el medio intermedio para reducir la resistencia de contacto térmico tanto como sea posible. En este método, el refrigerante no entra en contacto directo con los componentes electrónicos, lo que puede reducir la contaminación del equipo electrónico, y el requisito de refrigerante es mayor que el del líquido de enfriamiento directo, y el mantenimiento es simple.
