風機工作方式對側壁風冷機箱散熱效果的影響

文雯 趙亮 張杰

摘要：強迫風冷散熱是指利用風機進行鼓風或者抽風，提高設備內部空氣流動速度，達到散熱目的的冷卻方式。本文就風機安裝方式對側壁風冷機箱散熱效果的影響進行了研究，建立了試驗模型，以驗證在風阻相同的情況下，風機抽風工作與鼓風工作時，側壁風冷機箱冷卻效果的差異。

關鍵詞：側壁風冷;鼓風;抽風;冷卻效果

1 引言

隨著高密度組裝技術的發展，電子設備內部熱流密度急劇增加，為了使電子設備以最低的成本在特定使用環境下可靠工作，應盡量使用自然對流或低轉速風機等可靠性高的冷卻方式。當自然對流冷卻無法滿足高功耗設備的散熱設計要求，而設備受到工作環境的限制無法采用液冷冷卻時，強迫風冷因其空間安裝要求不高，設計生產成本低廉、環境適應性強等優勢，成為高功耗密封箱體熱設計時的首選方式[1]。風冷機箱可分為側壁風冷和貫穿風冷，模塊產生的熱量由冷卻空氣帶走。冷卻空氣可以由冷卻系統提供，也可以由機箱自帶風機提供，散熱效率較高[2]。

2 鼓風與抽風的區別

鼓風的主要特點如下：

a）風扇出口附近氣流主要為紊流流動，局部換熱強烈;

b）在機箱內形成正壓;

c）風機電機的熱量也被冷空氣帶入機箱，影響散熱效果;

d）風扇將不會受到系統散熱量的影響，工作在較低的空氣溫度下，風扇壽命較長。

吹風的主要特點如下：

a）風道橫截面上速度分布比較均勻，風速較低，一般為層流狀態;

b）機箱內形成負壓，縫隙中的灰塵將進入機箱;

c）風扇將在出風口高溫氣流下工作，壽命會受影響。

抽風冷卻主要適用于發熱器件分布比較均勻，風道比較復雜的情況。鼓風冷卻通常用在熱量分布不均勻，風阻大，元器件較多的情況下。

3 側壁風冷

機箱采用側壁風冷結構時，電子模塊的熱量一部分通過鎖緊機構傳遞到機箱壁;一部分通過輻射和對流傳遞到周圍大氣中。

4 試驗驗證

4.1試驗準備

試驗采用側壁風冷散熱方式的1ATR整機。

整機功耗約113W，各模塊的功耗分布見下表。

機箱采用真空釬焊工藝焊接而成，模塊散熱冷板材料為鋁合金6061-T651，電路板基板主要材料為覆銅箔環氧玻璃布層壓板。

風機根據設備冷卻系統所需要的風量、風壓及空間大小來選定。根據本測試設備需求，選用風量大、風壓低的軸流式風機。在選定風機類型以后，再根據設備所需要的風量和風壓要求來選擇具體型號的尺寸。

4.2試驗結果

采用美國Angilent公司K型熱電偶和美國Fluke公司2635A數據采集儀進行熱測試，設備達到熱平衡后，將測試點溫度記入下表。

5. 結論與分析

根據試驗結果所示，側壁風冷機箱：

a）當風機抽風時，改進風機罩設計可以加強換熱，降低產品溫度;

b）當風機鼓風時，改進風機罩設計不會加強換熱，降低產品溫度;

c）風機鼓風時，出風口的溫度高于抽風時;

d）風機鼓風時，機箱的換熱效果優于抽風時;

e）在上蓋板與模塊結構件之間增加導熱材料產品溫度沒有明顯降低;

f）距離大于1m后，風機鼓風或抽風工作時，噪聲無明顯差異;

g）距離10cm時，風機抽風工作時的噪聲明顯大于鼓風工作時的噪聲。

h）在風阻相同的情況下，側壁風冷機箱在風機鼓風工作時，冷卻效果更好。

參考文獻：

[1]梁尚勇. 軍用強迫風冷加固計算機噪聲影響因素研究[J]. 艦船電子對抗，2017，02：106-108.

[2]任召，郭建平，張豐華. 電子設備結構設計的重要因素[J]. 中國新通信，2019，13：228.

作者簡介：文雯（1985-），女，工程師，主要從事機載、彈載計算機結構設計工作。