水冷散热技术.pdf

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1、水冷散热技术Johnson讲师介绍Johnson工程热物理硕士多年工作经验、曾就职于GE,EMERSON,华为等企业设计产品涵盖风电、光伏、户外柜、变频器、UPS、通讯电源等丰富的液体冷却设计经验主要内容水冷散热简介水冷散热器设计与加工冷却介质换热器设计整机设计腐蚀与预防实例讲解水冷散热简介为什么要用水冷？功率越来越大功率密度越来越大体积越来越小风冷的局限性水冷散热简介水与空气的物性参数对比（50℃）物性参数水空气密度(kg/m3)9881.093比热容(kJ/(kg·K))4.1741.005导热系数(W

2、/(m·K))0.6480.0283运动粘度(×10-6m2/s)0.55617.95普朗特数3.540.698水冷散热简介冷却方法的选择水冷散热简介水冷散热的优点强大的载热能力热量定向移动静音环保，密封防尘实时监测，使用安全使用灵活，分离式散热适用于高功率密度场合，热流密度大，热阻小水冷散热简介水冷散热的缺点冷却成本高（相对于风冷）冷却系统的可靠性低受环境条件的限制水冷散热简介技术原理冷却工质在泵的驱动下，通过LCS管路，把热量从液冷散热器转移到环境，从而实现散热目的。工质通常为纯水为防冻，采用乙（丙）

3、二醇水溶液绝缘要求，去离子水，或变压器油。水冷散热系统构成传统开放式液冷系统构成：散热器、换热器、水泵、蓄水池或连水龙头上优点：系统压力小，泄露风险小，组成灵活，缺点：蓄水池使液冷系统得体积增大，同时需要监控管路中水的流量水冷散热系统构成半开放式液冷系统半开放式液冷系统的冷却水不需要经过水槽，水槽的作用是预存储一定量的冷却液，当循环系统因渗漏而导致冷却液不足时，可以通过水槽补充冷却液。水冷散热系统构成闭式循环系统构成：泵、换热器、散热器、管路大功率电子设备（特别是对介质有较高要求时）采用水冷散热系统构成完整的闭式

4、循环水冷系统水冷散热系统构成膨胀罐的作用平衡压力补充介质调整背压水冷散热系统构成水泵的工作曲线水冷散热系统构成双回路循环系统液-液式换热器、冷水机主要内容水冷散热简介水冷散热器设计与加工冷却介质换热器设计整机设计腐蚀与预防实例讲解常见水冷散热器形式钻孔式(Gun-drilledcoldplate)优点：缺点：加工简单尺寸受限两侧均可安装器件管道直角相交，流阻大通过合理的设计，器件的只能圆截面、热阻稍大安装位置可不受限制易泄露常见水冷散热器形式常见水冷散热器形式浮泡式(Blisterliq

5、uidcoldplate)优点：缺点：流道可以灵活设计器件在厚铝板一侧，热阻大器件安装位置不受限制散热器开盲孔，比较厚，重适合大批量生产焊接层不致密，存在泄漏风盲孔，器件安装位置灵活险，且不易检漏常见水冷散热器形式普通嵌管式(GeneralTubeLiquidColdPlates)优点：缺点：工艺简单，成本低管与板间的接触热阻较大适用于大批量的生产管的弯曲半径影响耐腐蚀，不易渗漏常见水冷散热器形式接触型嵌管式(Hi-contactTubeColdPlates)优点：缺点：散热效率高，热阻小成本稍高

6、适用于大批量的生产管的弯曲半径影响耐腐蚀，不易渗漏常见水冷散热器形式扩展表面式(ExtendedSurfaceColdPlates)优点缺点：流阻稍大传热面积大，换热系数高，热阻小对焊接工艺要求高成本高适合大批量生产常见水冷散热器形式微通道型（Microchannelcoldplate）优点：缺点：质量和尺寸较小微通道尺寸小，对防粉尘颗保证流量的条件下，散粒要求高；热能力强，热阻小无法预留螺钉孔，器件安装困难流动阻力比较大常见水冷散热器形式铣槽式(MilledchannelsColdPlates)

7、优点缺点：流道设计灵活盲孔，安装器件位置受限可以通过流道设计平衡对焊接要求较高流阻和热阻水冷散热器设计与加工步骤基材选择流量确定管道布局详细设计相容性；温升控制螺钉避位建模仿真（经济性）与优化同一系统芯片位置内避免出工质选择控制流速现两种以计算所需上金属管道组合流量（不锈钢关系的考量除外）排气需要可加工性水冷散热器设计与加工流量确定能量守恒方程QcVTP流量VQ/cTP根据环境条件确定工质，获得密度和比热容由经济性考虑，设定工质温升根据总的发热量，确定流量水冷散热器设计

8、与加工管道截面形式水冷散热器设计与加工对水冷散热器的热阻网络分析水冷散热器设计与加工对流热阻分析1Rthconvcf(V,)dabPrklD水力直径D=4A/xA——截面积，x——湿周比较截面积相同的长方形，正方形和圆形管