风机工作方式对侧壁风冷机箱散热效果的影响

文雯 赵亮 张杰

摘要：强迫风冷散热是指利用风机进行鼓风或者抽风，提高设备内部空气流动速度，达到散热目的的冷却方式。本文就风机安装方式对侧壁风冷机箱散热效果的影响进行了研究，建立了试验模型，以验证在风阻相同的情况下，风机抽风工作与鼓风工作时，侧壁风冷机箱冷却效果的差异。

关键词：侧壁风冷;鼓风;抽风;冷却效果

1 引言

随着高密度组装技术的发展，电子设备内部热流密度急剧增加，为了使电子设备以最低的成本在特定使用环境下可靠工作，应尽量使用自然对流或低转速风机等可靠性高的冷却方式。当自然对流冷却无法满足高功耗设备的散热设计要求，而设备受到工作环境的限制无法采用液冷冷却时，强迫风冷因其空间安装要求不高，设计生产成本低廉、环境适应性强等优势，成为高功耗密封箱体热设计时的首选方式[1]。风冷机箱可分为侧壁风冷和贯穿风冷，模块产生的热量由冷却空气带走。冷却空气可以由冷却系统提供，也可以由机箱自带风机提供，散热效率较高[2]。

2 鼓风与抽风的区别

鼓风的主要特点如下：

a）风扇出口附近气流主要为紊流流动，局部换热强烈;

b）在机箱内形成正压;

c）风机电机的热量也被冷空气带入机箱，影响散热效果;

d）风扇将不会受到系统散热量的影响，工作在较低的空气温度下，风扇寿命较长。

吹风的主要特点如下：

a）风道横截面上速度分布比较均匀，风速较低，一般为层流状态;

b）机箱内形成负压，缝隙中的灰尘将进入机箱;

c）風扇将在出风口高温气流下工作，寿命会受影响。

抽风冷却主要适用于发热器件分布比较均匀，风道比较复杂的情况。鼓风冷却通常用在热量分布不均匀，风阻大，元器件较多的情况下。

3 侧壁风冷

机箱采用侧壁风冷结构时，电子模块的热量一部分通过锁紧机构传递到机箱壁;一部分通过辐射和对流传递到周围大气中。

4 试验验证

4.1试验准备

试验采用侧壁风冷散热方式的1ATR整机。

整机功耗约113W，各模块的功耗分布见下表。

机箱采用真空钎焊工艺焊接而成，模块散热冷板材料为铝合金6061-T651，电路板基板主要材料为覆铜箔环氧玻璃布层压板。

风机根据设备冷却系统所需要的风量、风压及空间大小来选定。根据本测试设备需求，选用风量大、风压低的轴流式风机。在选定风机类型以后，再根据设备所需要的风量和风压要求来选择具体型号的尺寸。

4.2试验结果

采用美国Angilent公司K型热电偶和美国Fluke公司2635A数据采集仪进行热测试，设备达到热平衡后，将测试点温度记入下表。

5. 结论与分析

根据试验结果所示，侧壁风冷机箱：

a）当风机抽风时，改进风机罩设计可以加强换热，降低产品温度;

b）当风机鼓风时，改进风机罩设计不会加强换热，降低产品温度;

c）风机鼓风时，出风口的温度高于抽风时;

d）风机鼓风时，机箱的换热效果优于抽风时;

e）在上盖板与模块结构件之间增加导热材料产品温度没有明显降低;

f）距离大于1m后，风机鼓风或抽风工作时，噪声无明显差异;

g）距离10cm时，风机抽风工作时的噪声明显大于鼓风工作时的噪声。

h）在风阻相同的情况下，侧壁风冷机箱在风机鼓风工作时，冷却效果更好。

参考文献：

[1]梁尚勇. 军用强迫风冷加固计算机噪声影响因素研究[J]. 舰船电子对抗，2017，02：106-108.

[2]任召，郭建平，张丰华. 电子设备结构设计的重要因素[J]. 中国新通信，2019，13：228.

作者简介：文雯（1985-），女，工程师，主要从事机载、弹载计算机结构设计工作。