密封式电子设备散热装置设计研究
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张平Ｌ４Ｊ提出了一种新型换热器，结构如图４所示。它 充分利用了板翅式换热器和板式换热器的优点，既提高了 换热器的换热面，保持ｒ板翅式换热器良好的刚度和强度 性能，又将二次换热面变成一次换热面，两种流体间只相隔 一层换热板，同时换热板通过引深增大ｒ换热面积、增强了 流体的扰动，两层换热板问的翅板也增加ｒ换热器的总体
在本文中，采用ＦＮＭ商业化软件ＭａｃｒｏＦｌｏｗ进行流 体网络建模分析，对系统的流量和温度分布进行分析预测。
３．２流体网络建模（ＦＮＭ）技术仿真分析
本文所分析的户外通讯机柜内部由７块ＰＣＢ电路板 构成６组板卡通道。７块ｔＹＣＢ电路板以平均间隔为３～ ８ｅｍ不等的距离安置在机柜内，所有的电路板都具有不同 的元件配置。各电路板的功率在４０＂－一９５Ｗ之间。整个机 柜共有大约３３０Ｗ的热耗。
Ｋｅｙ ｗｏｌｄｓ：ｓｅａｌ；ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳ ｈｅａｔ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；ＦＮＭ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－１３０Ｘ．２０１０．０２．０３８
中图分类号：ＴＮｌ２４
文献标识码：Ａ
１ 引言
电子设备的散热状况决定了电子系统的整体性能，过 度载热严萤影响电子设备的寿命及可靠性。一般ｆｎｉ言，电 子产品的温度每急剧ｔ升ｌｏ℃，可靠性可能会降低为原来 的一半；而温度从７５℃升高至１２５＂１２，可靠度则变为原来的 ２０％［１矗］。传统的机箱、机柜，为了保持稳定的工作温度， 大部分都是仅在机箱、机柜中装设普通的风机和散热器。 但这种常用的冷却方式，却仍然无法有效调节温度，容易导 致元器件因为过热或过冷产生故障或损坏，同时也无法阻 止外部环境的潮湿空气、砂尘、盐雾侵入机柜内部，影响设 备的正常运行，并且在维修及更换上带来了诸多不便。
图６中ＦＮＭ所分析的是在外界环境温度为５５℃的极 限工况下机柜中各板卡的温度、流量和压降分布情况，从图 ６可看到，机柜中功耗为９５Ｗ的板卡通道的输出温度为６４。 ３＂Ｃ，这也和其流阻特性有关，机柜内部平均温度为６２．６＂Ｃ， 机柜内部平均温度与外界环境温度之差为７．６℃≤８℃。
针对户外通讯、电力、电子设备源自文库种恶劣的工作环境，
而对其进行密封处理也是当前普遍采用的措施，在此基础 上如何对其进行散热设计，保障其正常运行是当前热设计 的热点问题。
本文设计出了一种空空热交换器散热装置，该热交换 器内部集成有热交换系统、加热模块，同时具有智能控制和 自诊断功能，可以有效地调节机柜内部温度并隔绝外部环 境影响。
２散热装置的设计
２．１散热装置原理及结构 空空热交换器散热装置与通讯机柜的换热原理示意图
如图１所示，空卒热交换器主要包括热交换器内芯、风机、 加热模块和控制模块等。
·收稿日期：２００８－１ｌ一０６；修订日期：２００９—０２—２０ 基金项目：广西研究生教育创新计划资助项目（２００８１０５９５０８０２Ｍ４０１）；实用新型专利（ＺＬ２００７２００７９９３７８） 作者简介：张平（１９８１一），男，安徽安庆人，硕上生，研究方向为电子设备结构设计及其热设计；唐良宝，教授．研究方向为机电一体 化和ＩＪＪ靠性。 通讯地址：２１００１７江苏省南京市南京理工大学动力工程学院８０８教研室；Ｔｅｌ：１５８７８３９０８６９；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｐｃｑｉａｎ＠ｇｍａｉＬ ｃｏａｌ Ａｄｄｒｅｓｓ：Ｓｅｃｔｉｏｎ ８０８，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００１７，Ｐ．Ｒ Ｃｈｉｍ
摘要：本文针对户外电子设备恶劣的工作环境设计了一种空空热交换器散热装置，该装置同时具有智能控制和自诊
断功能，可以有效地调节机柜内部温度，并隔绝外部环境潮湿、砂尘和盐雾的影响，保证设备长时间的正常运行，且结构紧
凑、维修更换方便。同时，采用了流体网络建模（ＦＮＭ）技术对其进行仿真和实验验证，结果表明：在－－４０＇Ｃ～５５℃环境下，
１３９
万方数据
图１ 空空热交换器与通讯机柜的换热原理示意图 空空热交换器的结构如图２所示，包括连接于机柜且 内设置有容置李问的机壳，机壳上开有多个风口，机壳内部 设置有热交换器部件，该热交换器部件包括一个热交换器 内芯、两个风机；壳体背部上下设置有网风Ｕ和出风口，并 在相应｜口ｌ风口处设置一内循环风机；左右侧面设置有进风 口和出风门，也在相应出风口处设置一外循环风机。换热 器内芯安装在壳体的巾央，并把壳体内部封闭隔离为两部 分。根据机柜内的温度情况，可借助机柜内的加热器模块 提升机柜内部的温度，也可利用内循环风机将机柜内的热 空气吸进换热器内芯与换热器内芯的换热板产生热交换作 用，再利用外循环风机将环境外部的冷夺气吸进换热器内 芯的换热板中，以此来确保机柜内部温度与外界环境的温 差在允许的范围内，并使机柜内外环境相瓦隔离。 加热模块的设计目标为：当外界环境温度低至一４０℃ 时，能启动和正常Ｔ＝作，在其启动１０分钟后，机柜内部有明 显升温，６０分钟内机柜内部的平均温度≥５℃。
ＣＮ４３－１ ２５８／ＴＰ １ＳＳＮ １００７—１３０Ｘ
计算机工程与科学
ｃ（）Ｍ［ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ
文章编号：１００７—１３０Ｘ（２０１０）０２－０１３９－０３
２０１０年第３２卷第２期
Ｖ０１．３２，Ｎｏ．２，２０１０
密封式电子设备散热装置设计研究’
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｅａｌｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ夕 Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ
该空空热交换器能有效控制机柜于正常的工作温度范围内，显示了该空空热交换器可为户外通讯、电子、电力设备营造良
好和可靠的工作环境，具有广阔的应用前景。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｔｈａｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｔｈｅ ｂａｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ａｉｒ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃａｂｉｎｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｅｌｆ－ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ａ ｆｌｏｗ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ＭａｃｒｏＦｌｏｗ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｎｅｔｗｏｒｋ
压降、传导速率之间的关系。不同元件的特性可以从手册 境温度高达５５℃时，该装置仍具有较强的换热能力，能启
中查出，也可以通过试验测量或者杏阅厂家提供的数据来 动和正常工作，且达到热平衡后，机柜内平均温度与外界环
得到。接下来，就可以通过质馈、动量和能量守恒方程求解 出流速、压力和温度在整个系统中的分布［５］。ＦＮＭ技术的 更多细节在ＥｌｌｉｓｏｎＬ引、Ｂｅｌａｄｙ［７｜、Ｓｔｅｉｎｂｒｅｃｈｅ［８１、Ｋｏｗａｌｓｋｉ［９］ 和Ｒａｄｍｅｈｒ［１０］的研究论文中有所表述。采用ＦＮＭ方法使
图２空空热交换器结构主视图和加热器模块
２．２换热器内芯设计
为达到使整个空窄热交换器结构更为紧凑、换热效果 好，高效率的换热器设计是整个散热装置的核心。工程上 常用的换热器结构如图３所示，其通过对板式空气热交换 器的改进，热交换通道采用铝箔梯形波纹翅片及间隔片组 成，通过相互垂直交义叠合组装成热交换器，以及用硬质侧 板和硅胶做防窜风密封，来保证较大的热交换砸积、较高的 传热效率和隔绝两相互垂直的风道。但是，其主要依靠翅 片通过扩大换热面积进行二次换热，效率低，且随着换热板 间距的减小其换热效果却并不理想Ｌ３ｊ。
境温度之差≤８℃；（２）当外界环境温度低至－－４０℃时，加热 模块具有较强的制热能力，亦能启动和正常工作，启动１０ 分钟后。机柜内部有明显温升，６０分钟内机柜内部的平均 温度能大于等于５℃。
得系统级的流动和温度分布预测变得简单、迅速和精确，在 设计流程的早期使用这种方法，可以大大缩短设计周期，提 高产品的品质．这项技术可适用于开放和封闭的气冷和液 冷电子系统。
ＭａｃｒｏＦｌＯＷ对装置有本文所设计的空空热交换器的户 外通讯机柜的流体网络模犁，如图６所示。在模型中诸如弯 头和管路等各个元件的流阻和传热特性都根据机柜的实际 布局进行定义，机柜中板卡通道的流阻和传热特性曲线可 由ＣＦＤ分析获得，在图６中以板卡１至６来表示。内循环 风机的参数、外循环风机的风量和换热器内芯参数根据设 计数据在流体网络模型中的热交换器元件上进行定义，内 循环风机的滤网被分割成６块，在模型中根据实际情况定 义相同的参数来表示，在ＦＮＭ板卡通道两端的流量由定 义边界条件的热沉中来表示。
利用机柜内部装设的温度传感器检测机柜内部的温度，若机 柜内部的温度低于程序控制器没定值，则机柜内的加热器开 启至指定温度；当高于程序控制器设定温度时，可以利用热 交换器机壳背部的机柜内循环风机，将机柜内的热空气吸入 换热器内芯中与换热器内芯换热板产生热交换作用；再利用 外循环风机将外部环境的冷空气吸进热交换器内芯的换热 板中，以此两种流体通过热交换器内芯进行热交换，确保机 柜内部与外界环境的温差在允许的范围内，同时又能使机柜 内部与外界保持隔离。其主要控制步骤如下：
图５控制原理图
３流体网络建模（ＦＮＭ）仿真
３．１流体网络建模（ＦＮＭ）技术 ＦＮＭ是一种抽象化的方法，它将一个冷却系统表示为
万方数据
图６在５５℃的极限工况下机柜中各板卡的温度和流量情况
由各种元件和流道构成的网络，并以此对整个系统内冷却 介质流动的速率和温度分布作ｍ预测。一个实际的电子系
４结束语
统可以抽象为图形化的流动路径模型，这蝗路径包括冷却
介质流过的各种元件，如散热器、过滤器、板壳通道、冷板、
借助于有相互垂汽隔离通道的高效率新型换热器内芯
风扇／泵机、导管／输送管、弯道、喷嘴和三通接头。每个元 和加热模块，针对户外通讯机柜的工作环境设计了一种空
件特性由一个经验公式描述，该公式表示出流动速率和总 空热交换器散热装置。仿真和实验结果表明：（１）当外界环
】４０
１．隔板２．翅片３．盏顿４．侧援 图３板翅式换热器［３］ 刚度和强度，换热效率有明显增强且使整个换热器结构更 为紧凑，可广泛适用于空一空、宅一液、液一液换热。本文所设 计的散热装置亦采用这种新型换热器为内芯，其详细的设 计过程不再进行赘述。
图４新型换热器
２．３控制原理 守搴热交换器散热装置的控制原理如图５所示。首先
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ（ＦＮＭ）．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｌｏｎｇ－ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｈａｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ．
关键词：密封；空空热交换器；热设计；电子散热；流体网络建模
（１）当内循环温度低于０＂Ｃ时，开启加热器模块和内循 环风机；
（２）当机柜内部温度至５。Ｃ时，关闭内循环风机； （３）当温度上升超过１５℃时，关闭加热器模块，同时开 启内循环风机； （４）当机柜内部温度达到３５℃时，开启外循环风机； （５）当机柜内部温度至２８℃时，关闭外循环风机； （６）同时，当有１个风扇故障或者外部环境温度高于 ５５℃时，输出告警。
张乎，唐良宝 ＺＨＡＮＧ Ｐｉｎｇ。ＴＡＮＧ Ｌｉａｎｇ－ｂａｏ Ｉ桂林电子科技大学机电工程学院。广西桂林５４１００４） ＩＳｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４。Ｃｈｉｎａ）
在本文中，采用ＦＮＭ商业化软件ＭａｃｒｏＦｌｏｗ进行流 体网络建模分析，对系统的流量和温度分布进行分析预测。
３．２流体网络建模（ＦＮＭ）技术仿真分析
本文所分析的户外通讯机柜内部由７块ＰＣＢ电路板 构成６组板卡通道。７块ｔＹＣＢ电路板以平均间隔为３～ ８ｅｍ不等的距离安置在机柜内，所有的电路板都具有不同 的元件配置。各电路板的功率在４０＂－一９５Ｗ之间。整个机 柜共有大约３３０Ｗ的热耗。
Ｋｅｙ ｗｏｌｄｓ：ｓｅａｌ；ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳ ｈｅａｔ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；ＦＮＭ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－１３０Ｘ．２０１０．０２．０３８
中图分类号：ＴＮｌ２４
文献标识码：Ａ
１ 引言
电子设备的散热状况决定了电子系统的整体性能，过 度载热严萤影响电子设备的寿命及可靠性。一般ｆｎｉ言，电 子产品的温度每急剧ｔ升ｌｏ℃，可靠性可能会降低为原来 的一半；而温度从７５℃升高至１２５＂１２，可靠度则变为原来的 ２０％［１矗］。传统的机箱、机柜，为了保持稳定的工作温度， 大部分都是仅在机箱、机柜中装设普通的风机和散热器。 但这种常用的冷却方式，却仍然无法有效调节温度，容易导 致元器件因为过热或过冷产生故障或损坏，同时也无法阻 止外部环境的潮湿空气、砂尘、盐雾侵入机柜内部，影响设 备的正常运行，并且在维修及更换上带来了诸多不便。
图６中ＦＮＭ所分析的是在外界环境温度为５５℃的极 限工况下机柜中各板卡的温度、流量和压降分布情况，从图 ６可看到，机柜中功耗为９５Ｗ的板卡通道的输出温度为６４。 ３＂Ｃ，这也和其流阻特性有关，机柜内部平均温度为６２．６＂Ｃ， 机柜内部平均温度与外界环境温度之差为７．６℃≤８℃。
针对户外通讯、电力、电子设备源自文库种恶劣的工作环境，
而对其进行密封处理也是当前普遍采用的措施，在此基础 上如何对其进行散热设计，保障其正常运行是当前热设计 的热点问题。
本文设计出了一种空空热交换器散热装置，该热交换 器内部集成有热交换系统、加热模块，同时具有智能控制和 自诊断功能，可以有效地调节机柜内部温度并隔绝外部环 境影响。
２散热装置的设计
２．１散热装置原理及结构 空空热交换器散热装置与通讯机柜的换热原理示意图
如图１所示，空卒热交换器主要包括热交换器内芯、风机、 加热模块和控制模块等。
·收稿日期：２００８－１ｌ一０６；修订日期：２００９—０２—２０ 基金项目：广西研究生教育创新计划资助项目（２００８１０５９５０８０２Ｍ４０１）；实用新型专利（ＺＬ２００７２００７９９３７８） 作者简介：张平（１９８１一），男，安徽安庆人，硕上生，研究方向为电子设备结构设计及其热设计；唐良宝，教授．研究方向为机电一体 化和ＩＪＪ靠性。 通讯地址：２１００１７江苏省南京市南京理工大学动力工程学院８０８教研室；Ｔｅｌ：１５８７８３９０８６９；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｐｃｑｉａｎ＠ｇｍａｉＬ ｃｏａｌ Ａｄｄｒｅｓｓ：Ｓｅｃｔｉｏｎ ８０８，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００１７，Ｐ．Ｒ Ｃｈｉｍ
摘要：本文针对户外电子设备恶劣的工作环境设计了一种空空热交换器散热装置，该装置同时具有智能控制和自诊
断功能，可以有效地调节机柜内部温度，并隔绝外部环境潮湿、砂尘和盐雾的影响，保证设备长时间的正常运行，且结构紧
凑、维修更换方便。同时，采用了流体网络建模（ＦＮＭ）技术对其进行仿真和实验验证，结果表明：在－－４０＇Ｃ～５５℃环境下，
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万方数据
图１ 空空热交换器与通讯机柜的换热原理示意图 空空热交换器的结构如图２所示，包括连接于机柜且 内设置有容置李问的机壳，机壳上开有多个风口，机壳内部 设置有热交换器部件，该热交换器部件包括一个热交换器 内芯、两个风机；壳体背部上下设置有网风Ｕ和出风口，并 在相应｜口ｌ风口处设置一内循环风机；左右侧面设置有进风 口和出风门，也在相应出风口处设置一外循环风机。换热 器内芯安装在壳体的巾央，并把壳体内部封闭隔离为两部 分。根据机柜内的温度情况，可借助机柜内的加热器模块 提升机柜内部的温度，也可利用内循环风机将机柜内的热 空气吸进换热器内芯与换热器内芯的换热板产生热交换作 用，再利用外循环风机将环境外部的冷夺气吸进换热器内 芯的换热板中，以此来确保机柜内部温度与外界环境的温 差在允许的范围内，并使机柜内外环境相瓦隔离。 加热模块的设计目标为：当外界环境温度低至一４０℃ 时，能启动和正常Ｔ＝作，在其启动１０分钟后，机柜内部有明 显升温，６０分钟内机柜内部的平均温度≥５℃。
ＣＮ４３－１ ２５８／ＴＰ １ＳＳＮ １００７—１３０Ｘ
计算机工程与科学
ｃ（）Ｍ［ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ
文章编号：１００７—１３０Ｘ（２０１０）０２－０１３９－０３
２０１０年第３２卷第２期
Ｖ０１．３２，Ｎｏ．２，２０１０
密封式电子设备散热装置设计研究’
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｅａｌｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ夕 Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ
该空空热交换器能有效控制机柜于正常的工作温度范围内，显示了该空空热交换器可为户外通讯、电子、电力设备营造良
好和可靠的工作环境，具有广阔的应用前景。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｔｈａｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｔｈｅ ｂａｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ａｉｒ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃａｂｉｎｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｅｌｆ－ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ａ ｆｌｏｗ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ＭａｃｒｏＦｌｏｗ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｎｅｔｗｏｒｋ
压降、传导速率之间的关系。不同元件的特性可以从手册 境温度高达５５℃时，该装置仍具有较强的换热能力，能启
中查出，也可以通过试验测量或者杏阅厂家提供的数据来 动和正常工作，且达到热平衡后，机柜内平均温度与外界环
得到。接下来，就可以通过质馈、动量和能量守恒方程求解 出流速、压力和温度在整个系统中的分布［５］。ＦＮＭ技术的 更多细节在ＥｌｌｉｓｏｎＬ引、Ｂｅｌａｄｙ［７｜、Ｓｔｅｉｎｂｒｅｃｈｅ［８１、Ｋｏｗａｌｓｋｉ［９］ 和Ｒａｄｍｅｈｒ［１０］的研究论文中有所表述。采用ＦＮＭ方法使
图２空空热交换器结构主视图和加热器模块
２．２换热器内芯设计
为达到使整个空窄热交换器结构更为紧凑、换热效果 好，高效率的换热器设计是整个散热装置的核心。工程上 常用的换热器结构如图３所示，其通过对板式空气热交换 器的改进，热交换通道采用铝箔梯形波纹翅片及间隔片组 成，通过相互垂直交义叠合组装成热交换器，以及用硬质侧 板和硅胶做防窜风密封，来保证较大的热交换砸积、较高的 传热效率和隔绝两相互垂直的风道。但是，其主要依靠翅 片通过扩大换热面积进行二次换热，效率低，且随着换热板 间距的减小其换热效果却并不理想Ｌ３ｊ。
境温度之差≤８℃；（２）当外界环境温度低至－－４０℃时，加热 模块具有较强的制热能力，亦能启动和正常工作，启动１０ 分钟后。机柜内部有明显温升，６０分钟内机柜内部的平均 温度能大于等于５℃。
得系统级的流动和温度分布预测变得简单、迅速和精确，在 设计流程的早期使用这种方法，可以大大缩短设计周期，提 高产品的品质．这项技术可适用于开放和封闭的气冷和液 冷电子系统。
ＭａｃｒｏＦｌＯＷ对装置有本文所设计的空空热交换器的户 外通讯机柜的流体网络模犁，如图６所示。在模型中诸如弯 头和管路等各个元件的流阻和传热特性都根据机柜的实际 布局进行定义，机柜中板卡通道的流阻和传热特性曲线可 由ＣＦＤ分析获得，在图６中以板卡１至６来表示。内循环 风机的参数、外循环风机的风量和换热器内芯参数根据设 计数据在流体网络模型中的热交换器元件上进行定义，内 循环风机的滤网被分割成６块，在模型中根据实际情况定 义相同的参数来表示，在ＦＮＭ板卡通道两端的流量由定 义边界条件的热沉中来表示。
利用机柜内部装设的温度传感器检测机柜内部的温度，若机 柜内部的温度低于程序控制器没定值，则机柜内的加热器开 启至指定温度；当高于程序控制器设定温度时，可以利用热 交换器机壳背部的机柜内循环风机，将机柜内的热空气吸入 换热器内芯中与换热器内芯换热板产生热交换作用；再利用 外循环风机将外部环境的冷空气吸进热交换器内芯的换热 板中，以此两种流体通过热交换器内芯进行热交换，确保机 柜内部与外界环境的温差在允许的范围内，同时又能使机柜 内部与外界保持隔离。其主要控制步骤如下：
图５控制原理图
３流体网络建模（ＦＮＭ）仿真
３．１流体网络建模（ＦＮＭ）技术 ＦＮＭ是一种抽象化的方法，它将一个冷却系统表示为
万方数据
图６在５５℃的极限工况下机柜中各板卡的温度和流量情况
由各种元件和流道构成的网络，并以此对整个系统内冷却 介质流动的速率和温度分布作ｍ预测。一个实际的电子系
４结束语
统可以抽象为图形化的流动路径模型，这蝗路径包括冷却
介质流过的各种元件，如散热器、过滤器、板壳通道、冷板、
借助于有相互垂汽隔离通道的高效率新型换热器内芯
风扇／泵机、导管／输送管、弯道、喷嘴和三通接头。每个元 和加热模块，针对户外通讯机柜的工作环境设计了一种空
件特性由一个经验公式描述，该公式表示出流动速率和总 空热交换器散热装置。仿真和实验结果表明：（１）当外界环
】４０
１．隔板２．翅片３．盏顿４．侧援 图３板翅式换热器［３］ 刚度和强度，换热效率有明显增强且使整个换热器结构更 为紧凑，可广泛适用于空一空、宅一液、液一液换热。本文所设 计的散热装置亦采用这种新型换热器为内芯，其详细的设 计过程不再进行赘述。
图４新型换热器
２．３控制原理 守搴热交换器散热装置的控制原理如图５所示。首先
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ（ＦＮＭ）．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｌｏｎｇ－ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ－ｔｏ－ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｈａｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ．
关键词：密封；空空热交换器；热设计；电子散热；流体网络建模
（１）当内循环温度低于０＂Ｃ时，开启加热器模块和内循 环风机；
（２）当机柜内部温度至５。Ｃ时，关闭内循环风机； （３）当温度上升超过１５℃时，关闭加热器模块，同时开 启内循环风机； （４）当机柜内部温度达到３５℃时，开启外循环风机； （５）当机柜内部温度至２８℃时，关闭外循环风机； （６）同时，当有１个风扇故障或者外部环境温度高于 ５５℃时，输出告警。
张乎，唐良宝 ＺＨＡＮＧ Ｐｉｎｇ。ＴＡＮＧ Ｌｉａｎｇ－ｂａｏ Ｉ桂林电子科技大学机电工程学院。广西桂林５４１００４） ＩＳｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４。Ｃｈｉｎａ）