不同電子設備散熱系統(tǒng)的優(yōu)缺點及適用條件

張小龍 戰(zhàn)乃巖

摘 ?要：為研究在散熱系統(tǒng)不同時，各自散熱系統(tǒng)的散熱性能，現將開口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)分別置于同一實驗條件下進行試驗，在工作溫度為85°時（即額定功率為15w）進行比較，觀察分析得出，在相同實驗條件下，開口系統(tǒng)散熱速率明顯快于閉口系統(tǒng)。

關鍵詞：開口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)，散熱性能：

引言

隨著著電子科技的不斷發(fā)展，電子元件集成性程度越來越高，構型也越發(fā)復雜，伴隨著電子元件的防護性升高，防水，防電，防塵等等的進步，都可以促使元件外形結構的優(yōu)化升級，在不同環(huán)境條件下，不同的構造對于散熱有著不同的作用效果。閉口系統(tǒng)散熱方式采用自然對流換熱，而開口系統(tǒng)大多為強迫對流換熱，換熱形式不同，換熱效率也就不同，但在某種情況下是否存在一個共性，即兩種散熱方式散熱效率相同，這是一個值得思考的問題。

在目前研究現狀中，其中吳進凱[1]研究表明采用自然冷卻的電子設備的換熱性能與其散熱結構有著密切的聯系，他通過實驗表明改變換熱結構即把平板換熱板改成翅型散熱板會促進換熱。

物理模型和數學描述

問題描述與模型

物理模型選取電腦散熱器為基準，以相同尺寸建立模型，模型為開口的矩形腔，具體為在Z面有開口，根據不同的工況為全開和半開以及加百葉窗作為開口。模型尺寸為100*200*250cm，腔內具體元件有熱源，PCB板.散熱板等元件，腔的材料為塑料材質

數學描述和邊界條件

封閉腔體的散熱問題可以看做是有限空間的自然對流換熱，而開口腔的散熱則可以看做是空氣外掠平板的對流換熱，在本論文中設空氣流速與腔內流速相同，無相對運動，于是對于閉口系統(tǒng)，質量是守恒的，對于開口系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的質量是‘連續(xù)’的。同流體力學一樣，選取微元體為研究對象，建立起質量，動量和能量的守恒關系。

運動方程和動量方程可以推導出速度場和流動阻力，在此基礎上，進一步基于微流體的溫度跳變假設，從對流換熱的能量方程出發(fā)，推導出層流時微流體的溫度解的結構。

在考慮上述假設的情況下質量、動量、能量守恒方程可簡化為：

根據上述條件列出邊界條件如下：

結果與分析

在相同的加熱功率條件下，閉口系統(tǒng)可以很快的達到預定溫度，并且正常的運行工作。設備需要在一個合適的溫度下才可以正常工作下去，開口系統(tǒng)自然對流散熱，腔內空氣溫度較低，對其他元件散熱有利，但熱源溫度高，相反的是閉口系統(tǒng)由于與外界交換熱量靠的是導熱，這會使得工作元件長期處于過熱的環(huán)境下，不利于元件長期的工作下去，長時以往會損害使用年限。

為研究在散熱系統(tǒng)不同時，各自散熱系統(tǒng)的散熱性能，現將開口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)分別置于同一實驗條件下進行試驗，在工作溫度為85°時（即額定功率為15w）進行比較，觀察分析得出，在相同實驗條件下，開口系統(tǒng)散熱速率明顯快于閉口系統(tǒng)，當熱流密度超過0.08w/cm2，體積功率密度超過0.18w/cm3時，封閉腔體不能滿足元件的散熱要求，此時要需要采取開口腔體的強迫風冷散熱。

結果表明，當初始邊界條件相同時，強迫對流換熱效率強于自然對流換熱，在此可看到由于開口系統(tǒng)可以與外界進行熱量交換，所以效率要遠勝自然對流換熱。但是由于在不同的約束條件制約下，兩種換熱方式在不同約束條件下，有不同的適用條件。

當熱流密度超過0.08w/cm2，體積功率密度超過0.18w/cm3時，封閉腔體不能滿足元件的散熱要求，此時要需要采取開口腔體的強迫風冷散熱。

參考文獻

[1]吳進凱，錢吉裕，魏濤.基于煙囪效應的電子設備自然散熱設計[J].電子機械工程，2020，36（06）：42-45.

[2]劉文冬.密閉機箱風冷散熱結構設計與分析[J].電子機械工程，2019，35（06）：29-33.

1403501705349