【正文】 in=Q/( 105 H△ ) =360/( 105 14 )=875 cm2 進風口高度 h 機柜的寬度按 B=680mm計，則進風口的高度為： H=Sin/B=875/68= b 出風口面積 Sout Sout=()Sin=2 875=1750 cm2 43 熱設計的計算方法 ?實際冷卻風量的計算方法 q`=Q/(△ T) q`實際所需的風量， M3/h Q散熱量， W △ T 空氣的溫升， ℃ ，一般為 10－ 15℃ 。 44 熱設計的計算方法 ?實際冷卻風量的計算方法 ? 案例： 10K UPS主功率管部分的實際總損耗為 800W，空氣溫升按 15℃ 考慮，請選擇合適的風扇。 RSA=R對 +R導 + R輻 R對 =1/（ hc F1） F1對流換熱面積 (m), hc –對流換熱系數 (w/) R輻 輻射換熱熱阻 ， 對強迫風冷可忽略不計 對自然冷卻 R輻 ＝ 1/(4бεTm3) R導 ＝ R 基板 ＋ R肋導 ＝ δ /(λ F2)+（ (1/η ） 1)R對流 λ 導熱系數 ， w/.℃ δ 散熱器基板厚度 (m) η 肋效率系數 F2基板的導熱面積 (m) F2=*(d+δ )2 d 發(fā)熱器件的當量直徑（ m) 46 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 對流換熱系數的計算 自然對流 垂直表面 hcs=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取散熱表面的高， m 水平表面，熱表面朝上 hct=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取 L＝ 2(長 寬 )/(長＋寬 )， m 水平表面，熱表面朝下 hcb=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取 L＝ 2(長 寬 )/(長＋寬 )， m 47 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 對流換熱系數的計算 強迫對流 層流 Ref105 hc＝ () λ 空氣 湍流 Ref105 hc＝ () λ 空氣 ? 肋片效率 對直齒肋： η =th(mb)/(mb)) m=(2 hc/λδ0) δ 0： 肋片根部厚度 (m) b. 肋高 (m) 48 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 散熱器的流阻計算 散熱器的流阻包括沿程阻力損失及局部阻力損失 △ P＝ hf+hj =λ fρ V22/2+ζρV22/2 λ f 沿程阻力系數 L流向長度 (m) de當量水利直徑 (m)， de=4A流通 /濕周長 V斷面流速 (m/s) 沿程阻力系數計算 λ f 層流區(qū)： Re=Vd/υ ≤ 2300 λ f=64/Re 紊統(tǒng)光滑區(qū) 4000Re105 λ f= υ 運動粘度系數 （ m2/s） ， 從文獻中查找 49 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 散熱器的流阻計算 局面阻力系數 ζ 突然擴大 按小面積流速計算的局部阻力系數： ζ 1＝ (1A1A2) 按大面積流速計算的局部阻力系數： ζ 2＝ (1A2/A1) 突然縮小 可從相關的資料中查閱經驗值 。風扇采用PAPST 4656Z ，風扇功率 19W，最大風量為 160m3/h，壓頭為 70Pa. 風道阻力曲線的計算 入口面積： Fin= D2 = = 流通面積： Ff=FinFc== 103m2 水力直徑： de＝ 4Ff/x=4 103/= 103m 由于風速較低，一般最大不會超過 6m/s，雷諾數 2300，沿程阻力系數按下式計算： λ =64/Re＝ 64 ν /Vde 沿程阻力按下式計算： hf=λ (L/de)(ρ V2/2)=(64 ν /Vde)(L/de)(ρ V2/2) =(64 106 (V ))(ρ V2/2) =()(ρ V2/2) 局部阻力按下式計算： hj＝ ξρV2/2 對于突然縮小， A2/A1=，查表得 ξ ＝ 總阻力損失 H=hf+ hj=(+)(ρ V2/2) 51 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 【 案例 】 續(xù) 確定風扇的工作點 10KVA UPS 的選擇風扇為 PAPST 4656Z，我們把風道曲線與風扇的曲線進行疊加，其交點即為風扇的工作點，給工作點對應的風速為 5m/s，壓力為 35Pa. 散熱器的校核計算 雷諾數 Ref=V L/ν =5 106= 104 努謝爾特數： Nuf==( 104)=157 對流換熱系數： hc= Nuf/L= m=(2 hc/λδ)= ml= =，查得： η ＝ 該散熱器的最大散熱量為（散熱器臺面溫升按最大40℃ 考慮 )： Q＝ hcF△ t η = 計算結果表面，散熱器及風扇選型是合理的。 流體的質量流速和雷諾數 G=qm/Af Re=deG/μ 根據雷諾數確定流體的狀態(tài) (層流或紊流 )， Re1800, 層流 ， Re105, 湍流 根據流體的狀態(tài) (層流或紊流 )計算考爾本數 J Re1800,層流 J=6/Re Re105,湍流 J= 也可以根據齒形及雷諾數從 GJB/Z 2792 圖 12－ 18查得 53 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 傳熱計算 計算冷板的換熱系數 ： h= JGCpPr2/3 計算肋片的效率 m=(2h/λδ)， η f=th(ml)/ml（ 也可以根據 ml值查相應的圖表得到肋片效率 ) 計 算冷板的總效率 ：忽略蓋板及底版的效率，總效率為： A＝ At+Ar＋ Ab， η 0＝ 1－ Ar(1η f)/A 計算傳熱單元數 NTU＝ hη 0A/qmCp 計算冷板散熱器的臺面溫度 ts=(eNTUt2t1)/(eNTU1) 54 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 流體流動阻力計算 計算流通面積與冷板橫截面積之比 ζ =Af/Ac 查空氣進入冷板時入口的損失系數 Kc=f(Re,ζ )： 根據雷諾數 Re及 ζ 從GJB/Z 2792 圖 12－ 16及圖 12－ 16查得 查摩擦系數 f=f(Re,ζ )： 根據雷諾數 Re從 GJB/Z 2792 圖 12－ 18查得 計算流動阻力 △ P＝ G2[(Kc+1ζ 2)+2(ρ 2/ρ 11)+f ρ 1A/(Afρ m)(1ζ 2Ke)ρ 1/ρ 2]/(2ρ 1) 55 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 判斷準則 確定是否滿足 ts[ts]，如果不滿足，需增大換熱面積或增大空氣流量。 冷板散熱器的截面圖略 梯形小通道面積： Ai=(+) 每排有 29個梯形小通道，共 22排， n=29 22=638個 基板厚度為： 9mm 總的流通面積 Af = 29 22= m2 冷板的橫截面積 Ac=120 120 2= m2 水力半徑： de=4Afi/х =4 (2 ++)= 57 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 確定風扇的工作點 Re=de G/μ =deqm/μ Af 在 40℃ 空氣的物性參數為： μ ＝ 106kg/, ρ １ ＝ Re=( 103 qm1/(60 106 ) = qm1(qm1的單位為： CFM) ζ =Af/Ac=58 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 先忽略空氣密度的變化 ,不同流量的流阻計算如下表所示 : 我們把兩個 NMB4715的風扇流量相加，靜壓不變，得出兩個風扇并聯后的靜壓曲線，再把上表的數據繪制成風道曲線并與風扇靜壓曲線進行畫在同一張圖上，其交點即為風扇的工作點，即為 (170CFM， )，工作點對應的風速為 。 60 風扇的基本定律及噪音的評估方法 ?風扇定律 Basic (corrected) fan laws When fan speed changes When air density changes Air flow CFM2 = CFM1 (RPM2/RPM1) WRONG! CFM2 = CFM1 (density2/density1) WRONG! MASSFLOW2 = MASSFLOW1 (density2/density1) Pressure P2 =P1 (RPM2/RPM1)2 P2 = P1 (density2/density1) Power HP2 = HP1 (RPM2/RPM1)3 HP2 = HP1 (density2/density1) Noise