52现代制造技术与装备2017第1期总第242期
水冷散热的设计方法
张瑜
(中国空空导弹研究院，洛阳471009)
摘要：为了满足大发热量电子设备的测试需求，水冷散热系统应运而生。本文详细介绍通过计算水在循环 系统中所需的流量以及流动产生的压力损失，以选择满足使用要求的水泵；讨论计算散热器的对数平均温差、散热面积将水吸收到的热量通过散热器散出去的水冷散热方法。 关键词：水泵流量压力散热器对数平均温差散热面积
引言
现代电子设备所选用的元器件发热量越来越大，且在 研制阶段的测试时间较长。为了保障电子设备测试过程中 的安全并提高测试效率，急需一种产品能让其产生的热量 迅速冷却。水冷散热以其散热效率高、成本低廉、使用方便、经久耐用的特点，成为此类产品的首选。
1水泵的选型计算
通过计算流量和扬程来选择合适的水泵。具体的，流 量的计算为：
H(1)
这里，qv为液体流量，单位m3/s;H为发热功率；C为水的比热容，即4186J/kg*K;P为水的密度，即l X103kg/m3;A t为流过散热器后水的温升，机械设计手 册推荐5〜10°C，计算时可取中间值。为了留出足够的余量，A t也可以取5°C进行计算。根据工程经验，实际流量应比 计算值约大15%〜20%。
2压力损失的计算
水在水冷装置中循环流动会产生压力损失，其中包括 沿程压力损失、局部压力损失、电子设备水道中的压力损失、散热器中的压力损失。
沿程压力损失的计算：透水混凝土施工方案
a p=a-L^⑵
e d2
式中：1为管路总长度，单位m;d为管路直径，单 位m;v为管路中液体流速，单位m/s;P为水的密度，
即l X103kg/m3;X为管路沿程阻力系数，其值与雷诺数Re 有关。对于光滑的管道，沿程阻力系数X只是R e的函数，可用下式进行计算。
层流时：Re 彡 2320, X=64/Re
紊流时且 3000 彡 Re 彡 105时：A =〇.3164Re^°_25
紊流且:105矣f e43_X108时*
局部压力损失的计算：
A P=^⑶
r 2
式中：为局部阻力损失系数之和，包括管道入口处 的局部压力损失系数、管道出口处的局部压力损失系数、管道扩大处的局部压力损失系数、管道缩小处的局部压力 损失系数以及弯管的局部压力损失系数。实际中，可以查 机械设计手册得到。
3电子设备中水道的压力损失
对于水冷散热系统的设计者来说，大多数情况下水道是 既定的，不需自己设计水道，只需对已有的水道模型进行计算。4散热器中的压力损失
机械设计手册会根据散热器的型式给出一个经验值，工作中可以采用将水泵、压力表与散热器相连成循环系统 测出散热器的压力损失。
5扬程的计算
将以上各压力损失相加，即可得到整个水冷系统中总的压力损失。通过计算，将压力损失转化成水泵的
Pg
扬程。根据工程经验，计算值的基础上给出1.2的安全系数.
水泵的类型很多，如微型隔膜泵能量很大、体积很小、重量很轻、价格经济实惠，但使用过程中，由于隔膜泵本 身所使用电机的技术原因，使用时间都不长，要经常更换；齿轮泵体积大、重量大、价格较贵、对过滤的要求高，但 使用寿命长，减少了维护成本。因此，需根据具体的使用 情况，选择核实的水荥。
6散热器的选型计算
散热器主要参数有两个：传热参数K和散热面积A。
传热参数K：一般情况下选定一种散热器，厂家往往能 给出散热系数，但不排除有的厂家不知道。此时，需要查 机械设计手册得到一个范围值。
散热面积A：可以通过A=H/K*AtB进行计算得到。式中：H为散热器的吸收热量，单位W; A t>为对数平均温差，单 位°C。如果只是水冷散热，A 不需修正；如果散热器上 加风扇，属于水和空气两种不混合的交叉散热形式，与热力 学简单的顺流和逆流的换热形式不同，因此需要修正系数<!>对平均温差进行修正。<!>与两个无量纲的值P、R有关，有：p—Atk(4) tSK~tk
这里，Al_s为水的温升；A t k S 空气的温升；tsA为水
设计与研究53
的入口温度；tkA为空气的入口温度。根据以上的计算值，査P R曲线表得到<J)值。
A tm
.Atm ax ~Atm in《(6)
式中：A U为A t s出、A t k人、A t s入、A t ka四个值两两差值的最大值，A t…in则为这四个值两两差值的最小值。将计算得到的A t…带入到散热面积计算公式，计算得到散热面积A。根据工程经验，在计算值A的基础上给出1.2的安全系数。
7管道十字型钢
管道有硬管与软管之分。如果选择软管，那么目前市场上的P U管的材质柔软韧性较好，便于缠绕弯曲而不会弹开，且价格适中。如果选择硬管，则目前工程上最常用的 是不锈钢管与铜管。软管的安装简易，但由于折弯半径的 限制，安装空间过小时并不适用；硬管在安装空间受限制 时使用比较实用，但拆装较软管困难。因此选择硬管还是 软管，应根据具体的使用情况而定。
8水箱
水箱的体积大小取决于水的流量。在安装空间受限时，水箱的最小体积按照水在水冷装置中循环一圈所需的水量。如果没有空间以及重量的限制，水箱越大越好。
9结论
根据电子设备的发热量计算水冷循环系统的水流量，根据流量及流速计算循环系统的压力损失，获得流量和压力损失，就可以选择合适的水泵。循环系统中，对数平均 温差是选择散热器的关键指标。此
值与水温的上升温差有 关，而水的温差正是设计者的设计参数。通过本文所述的 计算过程，可选择合适的水栗和散热器。而一个好的水冷 散热系统散热效率高，性能稳定，能够达到快速为电子设 备降温的目的。
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Design Method of Water Cooling
Z H A N G Yu
(China Air to Air Missile Institute,Luoyang 471009)
5a5a5aAbstract:In order to meet the testing requirements of large calorific electronic equipment, water cooli
ng system came into being.This paper describes in detail by calculating the flow of water in the circulatory system and the flow of the pressure loss, in order to select the pump to meet the requirements;to calculate the average temperature difference between the logarithmic heat sink,heat sink area of the water absorbed heat through the radiator Scattered out of the water cooling method.
Key words:water pump,flow,pressure,radiator,logarithmic mean temperature difference,heat dissipation area
(上接第51页）
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Qiaractmstic Analysis(^ZFECCOMHydro-^nediankal Cmdnuousfy VariaMe Transmisskxi
Z H A N G Zengming1,Z H A N G Yongliang2,LI Ruichuan3,X U Jikang4,CUI Huanyong1
(1.School of mechanical engineering,University of Jinan,Jinan 250022;2. Shandong I n s t i t u t e of Metrology,Jinan 250014;3.Wnzheng Group,Rizhao 276800;4.Shandong Haizhou Institute of Electrohydraulic Control Engineering and Technology,Rizhao 276800) Abstract：Based on the Z F E G C O M Hydro—mechanical
Continuously Variable Transmission,the working principle and characteristics are analyzed and the the equations of speed and power characteristicsare established. The simulation model of E C C O M Transmission i s built by A M E S i m software and theinfinitely variable speed characteristic is researched by simulation.The analysis result shows that theECCOM transmission system can get continuously variable speed in the full speed range under thecooperative control of t he displacement r a t i o and clutches .
Key words:hydro-mechanical continuously variable
transmission,characteristic analysis,simulation
analysis
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