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集中发热的功率元器件风冷对流散热计算公式

时间:2019-12-19 00:33来源:海猎人

 风冷对流散热计算

在机柜内耗散功率均匀分布的情况下,机柜内风机流速的设计依据公式(2.9)计算:

 
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其中,

Q:机柜内的散热功率(W);

V:风机的体积流量(m3/min);

ΔT:进风孔与出风孔之间的温度差(℃)。

空气的出口温度根据设备内各单元允许的表面温度而确定;公式(3-5)忽略了辐射和自然对流的散热(一般约10%),因此计算出的风量会稍大,但对于热设计来说,余量稍大一点的设计是有百利而无一弊的。

对于集中发热的功率元器件,需要有针对性地单独设计其通风道的情况,则用公式(2.10)来估算。

 
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其中,

V:强制风冷系统必须提供的风量m3/h;

Q:待冷却设备或部件的总耗散热量W;

C:空气的比热J/(kg•℃) ,温度为250K时,空气的定压比热容Cp=1.003kJ/(kg×K),300K时,空气的定压比热容Cp=1.005kJ/(kg×K),一般按照1.004来进行估算;

ρ:空气的比重,单位为kg/m3(取1.293 kg/m3);

ΔT:出口处和进口处的空气温差。

例:一嵌入式系统,消耗功率150 W,风扇消耗约5 W,当地季节性最高气温为30℃,MCU允许工作温度为60℃,应选用额定通风量多大的风扇?

答:由题目已知,

Q=150+5=155 W ΔT=30℃

根据公式(2.9),

V = 0.05×Q/ΔT = 0.05×155/30 = 0.258 m3/min = 9.13 CFMQ=150 W

所以,应选择额定通风量不低于0.258 m3/min(或9.13 CFM)的风扇。

例:某嵌入式系统控制的电机驱动元器件,消耗热功率为150 W,采取专用的管道散热方式,要求管道进出风孔温差不大于20℃,应选用额定通风量多大的风扇?

答:由题目已知,

C=1.004 J/(kg•℃)

ρ=1.293 kg/m3

ΔT=20℃

由公式(2.10),得

V =Q/(C×ρ×ΔT)=150/(1.004×1.293×20)

= 5.78 m3/h

=0.0963 m3/min

=3.4 CFM

所以,应选择额定通风量不低于0.0963 m3/min(或3.4 CFM)的风扇。

例:一台电脑,功率为150 W,风扇消耗5 W,夏季气温最高为30℃,设CPU自身允许的上限温度为60℃,求所需风扇风量。

答:Q=150+5=155 W

ΔTc=60-30=30℃

根据公式(2-9),ΔT =0.05×Q / V

V=0.05×Q /ΔTc = 0.05×155 / 30 = 0.258 m3/min = 9.12 CFM

所以,应选择实际风量满足此要求的风扇。

 

 

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