不同电子设备散热系统的优缺点及适用条件

张小龙 战乃岩

摘  要：为研究在散热系统不同时，各自散热系统的散热性能，现将开口系统，闭口系统分别置于同一实验条件下进行试验，在工作温度为85°时（即额定功率为15w）进行比较，观察分析得出，在相同实验条件下，开口系统散热速率明显快于闭口系统。

关键词：开口系统，闭口系统，散热性能：

引言

隨着着电子科技的不断发展，电子元件集成性程度越来越高，构型也越发复杂，伴随着电子元件的防护性升高，防水，防电，防尘等等的进步，都可以促使元件外形结构的优化升级，在不同环境条件下，不同的构造对于散热有着不同的作用效果。闭口系统散热方式采用自然对流换热，而开口系统大多为强迫对流换热，换热形式不同，换热效率也就不同，但在某种情况下是否存在一个共性，即两种散热方式散热效率相同，这是一个值得思考的问题。

在目前研究现状中，其中吴进凯[1]研究表明采用自然冷却的电子设备的换热性能与其散热结构有着密切的联系，他通过实验表明改变换热结构即把平板换热板改成翅型散热板会促进换热。

物理模型和数学描述

问题描述与模型

物理模型选取电脑散热器为基准，以相同尺寸建立模型，模型为开口的矩形腔，具体为在Z面有开口，根据不同的工况为全开和半开以及加百叶窗作为开口。模型尺寸为100*200*250cm，腔内具体元件有热源，PCB板.散热板等元件，腔的材料为塑料材质

数学描述和边界条件

封闭腔体的散热问题可以看做是有限空间的自然对流换热，而开口腔的散热则可以看做是空气外掠平板的对流换热，在本论文中设空气流速与腔内流速相同，无相对运动，于是对于闭口系统，质量是守恒的，对于开口系统，通过系统的质量是‘连续’的。同流体力学一样，选取微元体为研究对象，建立起质量，动量和能量的守恒关系。

运动方程和动量方程可以推导出速度场和流动阻力，在此基础上，进一步基于微流体的温度跳变假设，从对流换热的能量方程出发，推导出层流时微流体的温度解的结构。

在考虑上述假设的情况下质量、动量、能量守恒方程可简化为：

根据上述条件列出边界条件如下：

结果与分析

在相同的加热功率条件下，闭口系统可以很快的达到预定温度，并且正常的运行工作。设备需要在一个合适的温度下才可以正常工作下去，开口系统自然对流散热，腔内空气温度较低，对其他元件散热有利，但热源温度高，相反的是闭口系统由于与外界交换热量靠的是导热，这会使得工作元件长期处于过热的环境下，不利于元件长期的工作下去，长时以往会损害使用年限。

为研究在散热系统不同时，各自散热系统的散热性能，现将开口系统，闭口系统分别置于同一实验条件下进行试验，在工作温度为85°时（即额定功率为15w）进行比较，观察分析得出，在相同实验条件下，开口系统散热速率明显快于闭口系统，当热流密度超过0.08w/cm2，体积功率密度超过0.18w/cm3时，封闭腔体不能满足元件的散热要求，此时要需要采取开口腔体的强迫风冷散热。

结果表明，当初始边界条件相同时，强迫对流换热效率强于自然对流换热，在此可看到由于开口系统可以与外界进行热量交换，所以效率要远胜自然对流换热。但是由于在不同的约束条件制约下，两种换热方式在不同约束条件下，有不同的适用条件。

当热流密度超过0.08w/cm2，体积功率密度超过0.18w/cm3时，封闭腔体不能满足元件的散热要求，此时要需要采取开口腔体的强迫风冷散热。

参考文献

[1]吴进凯，钱吉裕，魏涛.基于烟囱效应的电子设备自然散热设计[J].电子机械工程，2020，36（06）：42-45.

[2]刘文冬.密闭机箱风冷散热结构设计与分析[J].电子机械工程，2019，35（06）：29-33.

1403501705349