14.冷板Cold Plates
冷板Cold-Plate cooled IGBTs

冷板是一种用于冷却大功率设备的热交换器,而一般大功率设备不再适合使用气体冷却
冷板主要是由在金属板中安放一系列的金属管或金属通道构成
热量靠管中液体的循环从金属板中带走
金属板和板中的金属管道一般由铝,不锈钢,或铜构成
工作流体可以是:
–水
–乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物
–Paratherm

冷板的选择基于以下几个因素:
–材料类型
–热学性能
–造价
选择的工作流体必须与冷板的金属材料具有化学相容性(不发生反应,腐蚀等):
–不发生反应,腐蚀等
未经处理的水不能用作铝质冷板的工作流体
–常用乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物
未经处理的水可以用于不锈钢或铜质的冷板

水是一种冷却效率高于乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物和Paratherm的冷却剂
–见附上的性能图表
–缺点在于,未经处理的水可能会腐蚀一些材料,如铝
冷板的热学性能力远远优于一般的气体冷却的热交换器, 因为液体的热传递系数至少比气体热传递系数大一个量级
冷板的性能可以用热阻来度量, θ, 定义如下:
θ= ΔT/Q
ΔT = 冷板上的最大温度和引入流体温度差
Q = 冷板传走的总热量
冷板的热阻(θ)越小,冷板的性能越好
冷板可以使用能处理多流体问题的CFD封装很方便地建模
Icepak中, 冷板由把流体块重叠放入固体块来构造
–流体块中的流体的材料特性可以用户指定也可以使用已有的
–在这个练习将为工作流体指定材料特性(water, EGW mix, paratherm, etc.)

冷板建模液体进口液体出口功率设备(两个面都接触)Icepak冷板模型
冷板建模液体进口液体出口管道Icepak冷板模型

冷板建模60.068.076.084.092.0100.0108.05GPM10 GPM15 GPMFlow Rate, Gallons per MinuteMax. Temperature, CEthylene-Glycol

MixParatherm GR-40Water性能图表(for a particular cold plate)
冷板: 热网络Thermal Networks
冷板还可以使用热网络建模
模型包括以下组件
–由空心块(Hollow blocks)构成的冷板管道
–网络节点(Node)
边界节点(进口,出口)
内部节点(用户指定个数)
面节点(用户指定个数)
–网络链接
流动链接
热阻链接

冷板: 热网络Thermal Networks
热阻, R, 是基于层流或湍流的热交换相关性来确定
–R = 1/(hA)
–h = 是流率,管直径等的函数
热网络的优点
–求解时间短
–可以用户化(易于使用)
缺点
–依赖于热传递系数(h)
–属于近似求解,尤其是当节点/面很少时
冷板: 热网络Thermal Networks进口出口液体循环

Icepak资料下载:  Icepak高级建模(456页).pdf

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