8.高度的影响Altitude Effects
高度影响 P296--P306
空气密度的大小随着高度的变化而变化
高度越高空气的密度越小
–这就意味着,高度很高时需要使用更大的风扇
–这是因为,对于指定的流动阻尼,风扇提供固定的体积流率(而不是固定的质量流率!!!)
–热流率和气体的质量流率成正比
高度越高空气的温度越低
–在天气很热的时候例外,在地面向上3千米之内可能密度反而有所增加
–温度的降低会导致空气的密度增大,但是,这对于空气密度的影响是第二位的
当高度很高时(e.g. 20 km)密度会很小,所以这时几乎没有空气可以用于冷却
因此,航空电子设备必须使用周围的控制循环气体进行冷却
航空电子设备这类应用的主要问题是气体污染问题
–循环气体含有的微粒可能造成短路或对活泼元件的化学降解
由于这个原因,冷却气体不允许直接接触元件,而且是流过附在盒体上的冷板
在Icepak中模拟高度的影响:
–修改空气的缺省密度
–把压头项乘上密度比(高空空气密度除以海平面空气密度)以修改特征曲线

在Icepak4.1中, 可以在Problem setup面板中输入高度.不需要为了模拟高度影响再作任何修改

Variation of Air Density with Altitude
Altitude (ft)Temperature (R)Pressure (ibf/ft2)Density (lb/ft3)- 表P301

计算空气密度
ρ = P/RT
P = 指定高度的大气压
T = 指定高度的空气温度
R = 气体常数= 53.3
例 海平面:
P = 2.1162 lbf/ft2
T = 518.69 deg R
ρ = P/RT
= 2116.2/(53.3x518.69)
= 0.07654 lb/ft3
= 1.226 Kg/m3

在电子散热应用中:
–元件大小很小,一般: 0.05-0.1m
–元件附近的气流速度很小,一般:1-2 m/s
–流动一般为层流或湍流度不大的湍流
所以平均热传递系数(NusseltNumber)可以使用适用于平板流动方程来进行计算:
Nu = hL/k= 0.664*Re1/2*Pr1/3
Nu = 平均Nusselt数
h = 平均热传递系数
L = 元件长度
k = 冷却流体的热导率
Re = Reylonds数= ρUL/μ
Pr = Prandtl数= μCp/k
U = 平均气流速度
ρ = 冷却流体的密度
μ= 冷却流体的粘性
Cp= 冷却流体的比热
方程表明,平均热传递系数和密度比值的平方根成正比:
h α(ρ2/ρ1)1/2

高度影响
这说明冷却性能的下降受到高度增加的影响的严重程度不如受到简单的密度比下降的影响
例如, 10,000 ft高空和海平面的比较:
–密度比= 0.05654/0.07654 ~ 0.74
–热传递系数减小量~ 14%
节点温度的减小比例会更小一些,因为总热阻还包括固体内部的热传导阻尼
典型电子散热问题中, 10,000 ft的高空最高温度比海平面的最高温度增加了大约10-15%

Icepak资料下载:  Icepak高级建模(456页).pdf

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