机载电子设备热设计准则100条
机载电子设备热设计准则1 00条
一 整机热设计(1～26) 机电部二十九所 王健石
1、在热设计之前， 要了解热设计有关技术要求、冷却功率、散热器热特性、设备所处的工作环境、冷却剂及与冷却系统相关的一些技术数据。
2、算出表面散热功率系数和体积发热功率系数，从而确定内部及外部散热方式。
8、冷却方法的选择顺序是： 自然冷却一导热一强迫风冷一液冷一蒸发冷却。
4、小于0·122W／cm。时， 可利用传导、辐射、自然对流等方法进行冷却。
5、当热量小于0．6～O．7W ／~m。对，可选择强迫风冷。
6． 当热量大于0．6～O．7W ／cm。时，可采用液冷。
7、当热量大于1．22W ／cm。时， 可采用蒸发冷却。
8、不密封的电子设备，尽量开一些通风孔。’
9、合理布置散热元器件，将发热量大的元件安装在条件好的地方，如靠近通风孔。
10， 密封电子设备内外均涂黑漆
11、密封电子设备机壳内外有肋片， 以增大对流和辐射面积。
12、减小发热体到环境温度之间的热阻。
13、功率器件应降额使用。
1 4、对靠近热源的热敏元件， 采用物理隔离法或绝熟法进行热屏蔽。热屏蔽材料有石棉板、硅橡胶．泡沫塑料、环氧玻璃纤维板，也可用金属板和浇渗金属膜的陶瓷。
15， 发热元件与机壳之间的距离大于35~40mm。
16、尽量保持热环境近似恒定， 以减轻热循环与冲击而引起的温度应力变化。
17、尽量减小气流噪声与振动，包括风机与设备共振。
18、零件安装方向应有利于热对流。
19、将热敏元件安装在热源下面。
2O．元器件的冷却剂及冷却方法应与所选冷却系统及元件相适应。
21、电功率一般为所需冷却功率的3 ～ 6 。
22、直接气冷时，注意气流中所含水份及其它污染物等损坏电子设备。
23、避免将通风孔及排风孔开在机箱顶部或面板上。
24、在封闭的循环冷却系统中可以直接气冷。
25、整机的热设计必须通过试验进行验证。
26、优先选用标准散热器或成熟的散热技术。
二、导热(27~ 37)
27、利用导热系数大的金属材料做导热材料。
28、 利用机壳或底板进行散热。
29、缩短导热通路。
3O、增大导热面积。
31、被散热器件与散热器之间充填导热膏(脂) ，以减小接触热阻。
32、被散热器件与散热器之间要有良好的接触， 接触表面光滑、平整，接触面粗糙度R a的最大允许值为6．3 m。
33、两接触面压力应大于200kg／cm 。
34、印制线路板主要靠散热EⅡ制板、金属导热条、导热扁平热管对集成电路块进行导热散热。
35、利用热管进行导热传热，它比铜导体的导热系数高数百倍。
36、将散热1W 以上的零件安装在机座上，利用底板做为该器件的散热器，
37、利用金属导热条或热管冷却印制板时，最好选用楔形导轨， 以减小导热热阻。
三、辐射(38~ 42)
38、辐射提在真空中进行传热的唯一方法。
39、确保热源具有高的辐射系数，如果处于嵌理状态， 利用金属传热器传至冷却装置上。
4O、增加辐射黑度￡。
41、增加辐射面积S。
42、辐射体对于吸收体要有良好的视角，即角系数 要大。
四、自然对流与强迫风冷(43~ 74)
43、在自然对流中， 热流通道尽可能短， 横截面积应尽量大。
44、自然对流的通风孔的计算公式为： 。
式中； Q ——热耗功率(W ) }
F—— 通风孔面积(cm )
t — — 机内空气温度CC)}
t 环境温度CC)
p—— 内部空气密度。当气压为760mmHg，t 为20℃，P=1。当机内气阳
和温度不等于76ommHg和2o。时，为。。0 ×_ 。
45、采用强迫风冷系统刚，应保证机箱内产生足够的正压强。
46、减小自然对流的热阻方法：
流体流不受限制：
利用垂直表面比采用水平表面好；
垂直表面尺寸小；
面积大} ．
面对流体的表面向上。
47、进入电子设备的空气与排出的空气之阋的温差不应超过l 4℃。
48、减小强迫对流的热阻方法：
利用液体比利用气体好} 。 ．
流速高，
面积大，
粗糙或间断的表面。
49，不要重复使用冷却空气。如果必须使用用过的空气或连续使用时，空气通过部件的顺序仔细安排， 要先冷却热敏元件和工作温度低的零件， 保证冷却剂有足够的热容量来将全部零件维持在工作温度之内。
5O、在不影响电性能的前提下，将发热量大的元件集中在一起，并与其他元件采用热绝缘，可使系统所需凤量、风压下降，从而可减小通风机的龟机功率。
51、通风系统进出口尽量远离，以避免气流短路。
52、整机通风机冷却系统要合理地控制气流和分配气流，并将气流台理地分配给各单元和组件。
53、计算空气流量时，要考虑因空气通道布线而减小的截面积。
54， 为了提高主要发热元件的换热效率 可将元件装入与其外形相似的风道内。
55、通风口必须符合抗电磁干扰、安全性要求、防淋雨要求。
56、自然对流换热的通用准则方程：
N =C(G ·P，) ：C(R )
n为1／4时， 自然对流为屠流状态}
n为1／3时， 自然对流为紊流状态。
57， 强迫对流换热时，用雷诺数判定流体运动状态t
R ~<2200时， 属层流状态I
2200<R <10 时， 层流向紊流过渡状态}
R。>10‘时， 属紊流状态。
58、抽风冷却主要适用于热损耗比较分散的整机或机箱，其特点是风量大、风压
小，各部分风量分布比较均匀。
59、鼓风冷却主要用于单元内热量分布不均匀的情况，各单元需要有专门的风道冷
却， 风量较大， 因此，风压大，风量比较集中。
60、抽风与鼓风所需风量等于备个单元发热元件所需风量之总和。
61、空芯印制板的风冷设计的主要问题是密封。
62、通风机最好选用轴流式和离心式。轴流式风机风量大、风压小，离心式风机风压高、风量小。
63、当通风机的风量能满足要求，但风压小于风道阻力时， 可采用两只通风机串联使用。串联使用时，风压相当于风机压力之和。
64、当通风机的风压满足要求，但风量不能满足时，可采用两只通风机并联使用，其风压为每个风机的风压， 而总风量为各风机之和。
65、抽风的冷却效果比吹风形式好。
66、大型机柜在强迫通风时，勿使机柜缝隙漏风，以免影响散热效果。
67、为了防止气流回流，进口风道的横截面积应大于各分支风道截面积之和。
68、在冷却气流流速不大的情况下，元件应按叉排方式排列，这样可以提高气流的素流程度 增加散热效果。
69、集成块较多的印制电路，可以在集成元件间加素流器，以提高换热效果。
7O、高空时的电子设备对流换热系数为： ．
a = a海千 {／—i赣
71、高空电子设备的机壳，其垂直板和前后板可以通过对流和辐射有效地进行热传递，而顶坂和上下盖板传递作用可以忽略。 ．
72、若选用高速轴流式风机，则要采用消声器，以降低噪声水平。
73、从电子设备机壳排出的冷却空气温度不能超过71℃。
74、印制电路板背面3O％的面积可以用于有效的热传递。自然对流冷却的印制板总的传热表面积可以达到印制电路板面积的1．3倍。
五、液体冷却(75～85)
75、液体冷却， 最好用水做冷却剂。
76、液体冷却，首先选择直接液冷。直接液冷达不到要求时，可选择问接液体冷却。
77、机箱应留有冷却剂受热后膨胀的空间。
78、冷却液粘度要低， 以利于降低传热热阻。
79、机壳要有足够的刚度，能承受冷却剂的最大蒸汽压力。
8O、液冷要求密封，谨防泄漏。
81、间接冷却是将电子元件安装在冷板上，冷板又是一十换热器。冷板可做成夹层结构或冷却液通道结构，也可采用扁管式结构。
82， 水冷最好采用去离子水，以防水垢。
83、液体冷却系统的设计程序为：确定冷却方式一选择冷却液一传热计算一确定冷却液流量和流速～ 选择换热器一计算冷流体温差一确定二次冷却的流量一计算换热器中的换热系数、传热面积， 井对换热器进行结构设计一计算冷却系统的阻力损失一选择泵和电机。
84、确保冷却剂工作在最低温度下不结冰， 工作在最高温度下不沸腾。
8 冷却系统的吸气孔应在较低部位，而排气孔在较高部位 在每一个断开处要安装检验阀。
六、蒸发冷却(88~90)
86、冷却功率大子(80~250)W／cra 时，可采用蒸发冷却。
87、冷却系统应有较好的过载能力。
88、液体沸腾时，如果周围气压不变，则沸点也不变。
89，蒸发冷却系筑通常由散热器件．冷凝器、蒸发锅、冷却液、压力控制厨、液位指示器以及二次冷却系统组成。 、
9O、常用的冷却液有水、FC一78、FC～75、FC一43， 氟里昂。它们的特点是无色、无毒 不燃烧、绝缘性能好 比重大。
七、热管冷却(91～98)
91、欲使热管运行， 吸液芯产生的毛细压差应大于热管总压降， 即。
△P ≥ △P I+ △P + △P
式中：AP - — — 吸液芯最大毛细压差I
AP一— — 液体从冷凝端回流到蒸发端所需的压降l
△P — — 蒸汽由蒸发端流向冷凝端所需的压降J 。
△P — — 重力压差
92 热管设计时，要考虑壳体， 吸液芯和工质的相容性。
9 热管传热能力的上限值可受到一种或几种因素的限制。这些限制为：粘性限、携带限、毛细限，沸腾限、声速限。热管必须满足这些极限要求。
94、热管充液量必须适当。充量不足，会导致过早地出现局部烧开，充液过多，会使热阻增加。经验表明： 充液量比浸满管芯所需工质稍多30 左右。
95，封装后，热管内不应有不凝气体。
96， 必须重视重力场中的热管毛细限受热管对水平线倾角的膨晌。热源在下方， 传热量会成倍增加， 当0／>30。后，影响就大大减弱了，对于负倾角(热源在上方) ，传热量Q⋯ 将迅速减少， 甚至完全丧失热管效应。
八、相变冷却、半导体致冷(97～ 100)
97 相变冷却主要用于周期性工作的器件上，也用于对短期恶劣环境下有较大的耐热能力的设备上 这种冷却系统有重复使用功能
98，熔解相变冷却采用低熔点台金或有机化台物。常用的介质有石腊，二苯基甲烷等。
99、半导体致冷一个电偶对产生的热电效应小， 勿用于大功率冷却，只适用小功率器件和仪器仪表的冷却。
lOO、半导体致冷的一个致命缺点，就是本身为了达到致冷目的需消耗很大的电功率。
参考文献
[1]王锡吉： 《可靠性监控程序与技术 ， 中国电子技术研究院，198s~
[2]赵悖曼： 《电子设备结构设计原理 (第一册) ，江苏科学按术出版社，1986年
[3]马同泽等： 《热管 ，科学出版社，1983年
[4]航空工业部三0一所翻译出版： “现代飞机机载电子设备的冷却” ，1985年1月
[5] 国外电子工业标准资料(第88辑)： 可靠性工程师热设计指南*， 电子部标准化研究所出版，1 985年12月
机载电子设备热设计准则100条2972.pdf
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