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电子设备的液体冷却（一）

2020.10.05

一、冷却剂电子设备用的冷却剂特性主要有以下五个方面：① 冷却液的热特性。包括导热系数、质量定压热容、密度、黏度、膨胀系数和表面张力等。② 物理特性。使用冷却液的方便性和安全性，包括适当的沸点和冰点。对密封设备，要求冷却液的表面张力低一些。选择尽量高的闪点、燃点和自燃温度，而易燃性应尽可能地低。③ 电气特性。包括介电强度、体积电阻率、介电常数和损耗因素等。④ 相容性。与元器件的相容性要好，不产生化学反应，热稳定性要好，不易挥发。⑤ 经济性。成本要低。由于传热是一个复杂的过程，涉及的因素又如此之多，因此难以找到单项的评价标准来比较各种冷却液体的冷却效果。但可以找出某种特定工作条件下，影响传热的主要标准，并可作为一般指导原则。几种常用冷却剂性能见表1。

表1

1．直接液体冷却的冷却液由于冷却液要与电子元件直接接触，所以液体必须具有高稳定性。同时，在工作温度范围内要具有不易挥发、不发生相态变化等性能，应特别注意液体对电气性能、机械性能的影响。目前用于直接冷却的冷却液有：硅有机油、变压器油、去离子蒸馏水、C8F16O氟化液以及一些碳氟化合物等。挥发性很强的液体不宜作为冷却液，因为在热源周围易被蒸气罩住，形成很大的气膜热阻，对散热不利。

2．间接液体冷却的冷却液衡量是否适宜于做间接液冷冷却液的两个主要因素是腐蚀性和热特性。由于冷却液不与电子元器件直接接触，对电性能没有影响。水是最经济有效的冷却液。为了防止水对管道的腐蚀，可在水中加缓蚀剂。为了防止水中矿物质在管道中生成水垢，可采用磁化水或去离子（钙离子、镁离子、钠离子）的蒸馏水等。

二、液体冷却系统的设计液体冷却根据冷却介质的不同，可分为水冷、油冷和其他有机液体冷却等。由于水的质量定压热容大，所以当电子元器件对电气性能没有特殊要求的情况下，常采用水冷方式，这样可达冷却效率高及低成本之目的。液体冷却系统的设计计算程序如下：① 根据设备（或发热元器件）的技术条件，确定冷却系统的冷却方式并选择冷却液体，然后进行传热计算，确定冷却液体的流量和流速。② 选择二次冷却方式（热交换器形式）。根据水源、损耗功率大小以及气象资料（环境温度等）来确定热交换器的形式。当热交换容量在20kW以上，而且水源比较丰富时，可采用水－水热交换器。当热交换容量小于20kW，水源较缺时（如移动式设备），可采用水－空气热交换器。③ 分别确定热流体和冷流体的温差Δt1和Δt2。选择Δt时，既要保证能带走热量，又要保证系统启动后尽快达到工作温度。出口水温度一般不宜超过60～70℃，若温度过高，则易产生水垢而影响散热性能。对于水冷系统，一次水的温差，根据经验推荐Δt1＝7～10℃；二次水的温差可取为5℃左右。④ 根据二次冷却液体的温差Δt2，由热平衡方程式确定其流量。⑤ 确定冷流体在换热器中的走向，根据其走向，分别求出在换热器中的换热系数h1和h2。⑥ 根据h1、h2及Δtm确定热交换器的KA值，并对热交换器进行结构设计或选择符合KA值的热交换器。⑦ 根据整个冷却系统的结构布置，计算系统的阻力损失，以便结合流量选择泵及电机功率的大小。对于大功率发射管的水冷系统，为了保证发热元件的热量能由热流体（一次水）有效地带走，必须合理地设计冷却阳极块的水套。水套设计的关键在于保证水套有一定的间隙δ，如图1所示。？

电子设备的液体冷却(二)