14.冷板Cold Plates
冷板Cold-Plate cooled IGBTs

冷板是一種用于冷卻大功率設(shè)備的熱交換器,而一般大功率設(shè)備不再適合使用氣體冷卻
冷板主要是由在金屬板中安放一系列的金屬管或金屬通道構(gòu)成
熱量靠管中液體的循環(huán)從金屬板中帶走
金屬板和板中的金屬管道一般由鋁,不銹鋼,或銅構(gòu)成
工作流體可以是:
–水
–乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物
–Paratherm

冷板的選擇基于以下幾個因素:
–材料類型
–熱學(xué)性能
–造價
選擇的工作流體必須與冷板的金屬材料具有化學(xué)相容性(不發(fā)生反應(yīng),腐蝕等):
–不發(fā)生反應(yīng),腐蝕等
未經(jīng)處理的水不能用作鋁質(zhì)冷板的工作流體
–常用乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物
未經(jīng)處理的水可以用于不銹鋼或銅質(zhì)的冷板

水是一種冷卻效率高于乙烯-乙二醇/水(EGW) 混合物和Paratherm的冷卻劑
–見附上的性能圖表
–缺點在于,未經(jīng)處理的水可能會腐蝕一些材料,如鋁
冷板的熱學(xué)性能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般的氣體冷卻的熱交換器, 因為液體的熱傳遞系數(shù)至少比氣體熱傳遞系數(shù)大一個量級
冷板的性能可以用熱阻來度量, θ, 定義如下:
θ= ΔT/Q
ΔT = 冷板上的最大溫度和引入流體溫度差
Q = 冷板傳走的總熱量
冷板的熱阻(θ)越小,冷板的性能越好
冷板可以使用能處理多流體問題的CFD封裝很方便地建模
Icepak中, 冷板由把流體塊重疊放入固體塊來構(gòu)造
–流體塊中的流體的材料特性可以用戶指定也可以使用已有的
–在這個練習(xí)將為工作流體指定材料特性(water, EGW mix, paratherm, etc.)

冷板建模液體進(jìn)口液體出口功率設(shè)備(兩個面都接觸)Icepak冷板模型
冷板建模液體進(jìn)口液體出口管道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性能圖表(for a particular cold plate)
冷板: 熱網(wǎng)絡(luò)Thermal Networks
冷板還可以使用熱網(wǎng)絡(luò)建模
模型包括以下組件
–由空心塊(Hollow blocks)構(gòu)成的冷板管道
–網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(Node)
邊界節(jié)點(進(jìn)口,出口)
內(nèi)部節(jié)點(用戶指定個數(shù))
面節(jié)點(用戶指定個數(shù))
–網(wǎng)絡(luò)鏈接
流動鏈接
熱阻鏈接

冷板: 熱網(wǎng)絡(luò)Thermal Networks
熱阻, R, 是基于層流或湍流的熱交換相關(guān)性來確定
–R = 1/(hA)
–h = 是流率,管直徑等的函數(shù)
熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點
–求解時間短
–可以用戶化(易于使用)
缺點
–依賴于熱傳遞系數(shù)(h)
–屬于近似求解,尤其是當(dāng)節(jié)點/面很少時
冷板: 熱網(wǎng)絡(luò)Thermal Networks進(jìn)口出口液體循環(huán)

Icepak資料下載:  Icepak高級建模(456頁).pdf

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