11 機(jī)箱 115
11.1 開(kāi)放式機(jī)箱115
11.1.1 能量平衡 115
11.1.2 入口阻尼 116
11.2 封閉機(jī)箱118
11.3 機(jī)箱材料和顏色118
11.4 模型實(shí)驗(yàn)測(cè)量119
12 芯片熱功耗趨勢(shì)122
13 附錄123
13.1 Electronics Cooling Magazine Technical Data123
13.2 螺釘應(yīng)力和扭矩124
14 封裝術(shù)語(yǔ) 125
=================================

11 機(jī)箱
11.1 開(kāi)放式機(jī)箱
11.1.1 能量平衡

下面是熱功耗與機(jī)箱進(jìn)出口空氣溫差的關(guān)系：

其中  是體積流量，而 是熱功耗。以上公式?jīng)]有考慮以下幾點(diǎn)：
1. 輻射散熱
2. 熱源溫度
3. 機(jī)箱面的散熱
機(jī)箱內(nèi)實(shí)際的熱分布是依據(jù)流體的狀態(tài)和內(nèi)部換熱所決定的。
建議：可以利用上式來(lái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

11.1.2 入口阻尼
來(lái)源：flotherm.com -> Support -> April 10., 2001
建議：在機(jī)箱的所有開(kāi)口處放置一個(gè)阻尼，特別是當(dāng)機(jī)箱的面和求解域的面重合時(shí)。
從Flothem的入門(mén)教程中我們可以清楚的看到，可以通過(guò)在薄壁機(jī)箱上覆蓋一個(gè)Resistance來(lái)作為阻尼。對(duì)于厚壁機(jī)箱，這個(gè)孔洞必須要進(jìn)行具體建模，也就是打洞。有時(shí)在孔洞的兩側(cè)可能存在壓力降，這時(shí)需要設(shè)置一個(gè)壓力損失系數(shù)。
為了更好的理解這個(gè)情況，我們來(lái)觀察一個(gè)處于自然對(duì)流中的機(jī)箱。如下圖1所示空氣從下部進(jìn)入到機(jī)箱中。下圖2中只是比圖1中的機(jī)箱入口處多一個(gè)阻尼。這個(gè)阻尼有一個(gè)為0的壓力損失系數(shù)，按道理對(duì)實(shí)際流動(dòng)沒(méi)有影響。然而，在Flotherm中兩者的仿真結(jié)果是不同的。不僅僅入口速度不同，而且流動(dòng)分布也有略微的差異。
求解域向Z軸負(fù)向和Y軸正向放大。這個(gè)結(jié)果與圖2類(lèi)似，測(cè)試結(jié)果表明是否存在一個(gè)壓力損失系數(shù)為0的阻尼都不影響仿真結(jié)果。
由于圖2和圖3相同，我們可以確定圖2是正確的。也就是說(shuō)，在圖3中是否存在一個(gè)壓力損失系數(shù)為0的阻尼都不影響機(jī)箱內(nèi)的流場(chǎng)。
“Open Domain”的環(huán)境邊界條件假定離物體無(wú)限遠(yuǎn)。如果空氣入口毗鄰開(kāi)放的求解域（Open Domain），則空氣速度會(huì)提高并且根據(jù)Bernoulli假設(shè)在開(kāi)口處的壓差會(huì)增加。一個(gè)更高的壓力會(huì)初始空氣更快的流動(dòng)，最后達(dá)到的平衡是建立在高速空氣流動(dòng)的前提下。和“Open”不一樣，當(dāng)空氣進(jìn)入到阻尼時(shí)有一個(gè)假定的速度。在我們的圖2的例子中入口處有一個(gè)壓力損失系數(shù)為0的阻尼，從而避免了錯(cuò)誤情況的發(fā)生。對(duì)于出口流動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)圖1和圖2并沒(méi)有區(qū)別。這主要是因?yàn)樯喜砍隹谶h(yuǎn)離求解域的邊界。

在開(kāi)口處有一個(gè)阻尼的其它好處是可以直接從Table讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)。
11.2  封閉機(jī)箱
11.3 機(jī)箱材料和顏色
金屬比塑料機(jī)箱更好嗎？只要熱源不接觸機(jī)箱，兩者幾乎是沒(méi)有區(qū)別的。其中主要的原因是對(duì)流換熱熱阻很大。但機(jī)箱表面擴(kuò)大后，其與周?chē)h(huán)境的輻射換熱變得更為重要。機(jī)箱的顏色不建議使用白色，因?yàn)橄鄬?duì)而言其發(fā)射率較小。可以采用一些相應(yīng)的措施來(lái)提高機(jī)箱表面黑度，同時(shí)由此產(chǎn)生的對(duì)流熱交換熱阻可以忽略。
舉例：一塊PCB（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）板獨(dú)立地處于機(jī)箱內(nèi)部
1. 白色的機(jī)箱意味著其發(fā)射率接近0，內(nèi)部PCB板輻射到機(jī)箱的熱量幾何都被反射回板子。
2. 當(dāng)對(duì)白色的機(jī)箱提高黑度以后，其發(fā)射率與塑料機(jī)箱接近。計(jì)算結(jié)果也說(shuō)明兩者溫度類(lèi)似，這也從一個(gè)側(cè)面反映了對(duì)流換熱量所占的份額很少。
3. 去掉機(jī)箱后PCB板子溫度急劇降低。
建議：如果受到太陽(yáng)直射，則應(yīng)降低機(jī)箱表面發(fā)射率。

11.4 模型實(shí)驗(yàn)測(cè)量
來(lái)源：H. Küstner, S. Strobach: „Visualisierung der Lüfterströmung in einem Elektronikgehäusemodell“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2007)
1. 木質(zhì)機(jī)箱
2. PC風(fēng)扇（40mmX40mm）

12 芯片熱功耗趨勢(shì)

13 附錄：
13.1 Electronics Cooling Magazine Technical Data

來(lái)源：Lasance C.: ECM, Nov (2004)
可以登陸到electronics-cooling.com，查看諸多Technical Data數(shù)據(jù)。
13.2 螺釘應(yīng)力和扭矩
來(lái)源：“Tabellenbuch Metall“.  Verlag Europa Lehrmittel (1999)

Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過(guò)程中涉及的物理學(xué)原理.pdf

標(biāo)簽： 點(diǎn)擊： 評(píng)論: