Устройства и системы охлаждения электронных средств

Содержание

Слайд 2

Основные способы охлаждения РЭС

Основные способы охлаждения РЭС

Слайд 3

Распространённость систем охлаждения

Распространённость систем охлаждения

Слайд 4

Показатели эффективности способов охлаждения

Таблица 1 ‒ Эффективность основных способов охлаждения

Показатели эффективности способов охлаждения Таблица 1 ‒ Эффективность основных способов охлаждения

Слайд 5

Показатели эффективности способов охлаждения

Показатели эффективности способов охлаждения

Слайд 7

Естественное воздушное охлаждение (ЕВО)

Естественное воздушное охлаждение внутри корпуса: тепло от деталей за

Естественное воздушное охлаждение (ЕВО) Естественное воздушное охлаждение внутри корпуса: тепло от деталей
счет конвективной теплоотдачи и излучения передается герметичному корпусу, а от него таким же способом – в окружающую среду.
Естественная вентиляция ЭС происходит за счет разности плотностей холодного и нагретого внутреннего воздуха. Для прохода воздуха в корпусе имеются вентиляционные отверстия (перфорация), при этом часть тепла отдается воздуху, проходящему через аппарат, часть рассеивается от корпуса в окружающую среду.

- это отвод тепла от охлаждаемого тела в окружающую среду.

Слайд 8

Принудительное воздушное охлаждение (ПВО)

Внутреннее перемешивание воздуха вентилятором в объеме герметичного корпуса.
Принудительная

Принудительное воздушное охлаждение (ПВО) Внутреннее перемешивание воздуха вентилятором в объеме герметичного корпуса.
вентиляция. Применяется в тех случаях, если интенсивная вентиляция и внутреннее перемешивание не обеспечивают нормальный тепловой режим РЭС. Наружный обдув корпуса. Применяется для охлаждения герметичных блоков.
Локальная принудительная вентиляция – обдув отдельных, наиболее нагретых, элементов.

- охлаждение потоком воздуха, объем, и скорость которого определяется специальными устройствами. 

Слайд 9

Приточная система воздушного охлаждения

Достоинства приточной системы:
повышенное давление воздуха на выходе, что

Приточная система воздушного охлаждения Достоинства приточной системы: повышенное давление воздуха на выходе,
способствует улучшению теплообмена;
на входе могут быть установлены фильтры для защиты от пыли.
Недостатки приточной системы:
дополнительный нагрев поступающего воздуха двигателем вентилятора;
существует возможность образования застойных воздушных зон.

характеризуется тем, что холодный воздух под давлением, создаваемым нагнетателем, поступает в конструкцию, отбирает тепло от элементов и выбрасывает в окружающую среду или поступает в вытяжной воздуховод (коллектор).

Слайд 10

Вытяжная система воздушного охлаждения

Преимущества вытяжной системы:
наиболее мощные источники тепла конструкции могут быть

Вытяжная система воздушного охлаждения Преимущества вытяжной системы: наиболее мощные источники тепла конструкции
максимально приближены к входным отверстиям;
тепло, выделяемое электродвигателем вентилятора, не влияет на работу изделия.
Недостатки вытяжной системы:
из-за наличия разряжения воздух менее эффективен как теплоноситель, пыль активно всасывается внутрь изделия (фильтрация воздуха в данном случае невозможна);
вентилятор работает в струе горячего воздуха, поэтому его надежность снижается.

В вытяжной системе вентилятор, устанавливаемый на выходе воздуха, отсасывает воздух создавая под кожухом конструкции некоторое разряжение.

Слайд 11

Приточно-вытяжная система охлаждения

Преимущества приточно-вытяжной системы:
утечки воздуха в несколько раз ниже, чем в

Приточно-вытяжная система охлаждения Преимущества приточно-вытяжной системы: утечки воздуха в несколько раз ниже,
других системах;
Недостатки приточно-вытяжной системы:
значительно проигрывает другим схемам по материальным показателям (масса, габариты, стоимость).

В приточно-вытяжной системе вентиляторы устанавливают на входе и выходе воздуха.

Слайд 12

Воздушные системы охлаждения (аэрогенные системы)

Воздушные системы охлаждения (аэрогенные системы)

Слайд 13

Простая модель блока с ПВО

По тепловой схеме составляются уравнения:
P = P1 +

Простая модель блока с ПВО По тепловой схеме составляются уравнения: P =
P2,
Р2 = Р3 + Р4,
В этой системе:
Р4 = бк-с(tк‒tс),
Р3 = бз-в(tк‒tв),
Р2 = бз-к(tз‒tк),
P1 = бз-в(tз‒tв),
Третье уравнение записывается в предположении, что все тепло, кроме рассеиваемого в окружающем пространстве, расходуется на повышение теплосодержания воздушного потока:
Р ‒ Р4 = бвп(tвых ‒ tвх).

Слайд 14

Модель блока с учетом теплообмена в нагретой зоне

1 – корпус блока
2

Модель блока с учетом теплообмена в нагретой зоне 1 – корпус блока
– печатные узлы (модули)
3 – воздухораспределительное устройство

Каждая из трех ячеек отдает тепло воздушному потоку (тепловая проводимость бэ-) кожуху (бз-к), часть тепла с кожуха уносится воздушным потоком (бк-в), оставшаяся часть рассеивается в окружающем пространстве (бк-с). Кроме того, осуществляется взаимный обмен между функциональными ячейками через тепловые проводимости бб.

Фрагмент эквивалентной схемы для трех плат

Слайд 15

Вентиляторы

Для охлаждения системы используются несколько вентиляторов. Существует несколько способов установки вентиляторов: параллельно

Вентиляторы Для охлаждения системы используются несколько вентиляторов. Существует несколько способов установки вентиляторов:
или последовательно.
Параллельно – это когда ставится два вентилятора рядом, а последовательно – это два вентилятора друг за другом.

Слайд 16

Последовательное включение вентиляторов

Последовательная установка увеличивает статическое давление и больше подходит к системам

Последовательное включение вентиляторов Последовательная установка увеличивает статическое давление и больше подходит к
с высоким внутренним сопротивлением (например, когда у вас очень плотная установка элементов в корпусе и вентиляционная перфорация не впечатляет).

Слайд 17

Параллельное включение вентиляторов

Параллельная установка больше подходит для систем с низким сопротивлением воздушному

Параллельное включение вентиляторов Параллельная установка больше подходит для систем с низким сопротивлением
потоку и используется для увеличения массового расхода.

Слайд 18

Жидкостное принудительное охлаждение

Рис. – Схема системы водяного охлаждения:
1 – первичный

Жидкостное принудительное охлаждение Рис. – Схема системы водяного охлаждения: 1 – первичный
теплообменник; 2 – процессор;
3 – бачок с водой; 4 – насос; 5 – радиатор;
6 – соединительные шланги

Рис. 1.18 – Конструкция
первичного теплообменника:
1-контактная пластина;
2-штыри;
3-крышка;
4- штуцер

Высокая тепловая эффективность, низкое тепловое сопротивление, небольшой уровень шумов

Необходим компрессор, возможны утечки, относительно высокая цена

Слайд 19

Жидкостная система охлаждения компьютера


Жидкостная система охлаждения компьютера

Слайд 20

Очень высокая эффективность

Необходима хорошая изоляция электрических деталей и узлов от

Очень высокая эффективность Необходима хорошая изоляция электрических деталей и узлов от контакта
контакта с жидкостью

Иммерсионные (испарительные) системы

Слайд 21

Разработка компании 3М

Для сокращения затрат на охлаждение серверов и снижения вредного

Разработка компании 3М Для сокращения затрат на охлаждение серверов и снижения вредного
воздействия выбросов в окружающую среду компания 3М разработала революционный метод охлаждения для дата-центров технические жидкости для иммерсионного охлаждения однофазных и двухфазных системах. Внедрение такого метода позволяет сократить энергозатраты на 97% (!) при уменьшении площадей серверных помещений на порядок и поддержке оптимальной рабочей температуры процессоров.
В 2014 году компания 3М получила бронзовую медаль Эдисона за технологию двухфазного охлаждения посредством жидкостей Novec.

Слайд 22

Технические жидкости Novec

Технические жидкости Novec обладают преимуществами перед другими диэлектрическими жидкостями,

Технические жидкости Novec Технические жидкости Novec обладают преимуществами перед другими диэлектрическими жидкостями,
например минеральным маслом. Помимо того что жидкости 3М являются невоспламеняющимися и невзрывоопасными, они имеют необходимую точку кипения и термостабильность для построения двухфазной системы охлаждения. Обслуживание и ремонт оборудования не вызовет проблем — ведь погруженные в жидкость платы остаются чистыми и сухими.
Диэлектрические жидкости 3М совместимы с любыми материалами.

Слайд 24

Преимущества двухфазного охлаждения перед воздушным

Преимущества двухфазного охлаждения перед воздушным

Слайд 25

Схема однофазного типа охлаждения без фазового перехода

Схема однофазного типа охлаждения без фазового перехода

Слайд 26

Механизм двухфазного охлаждения

1 – пар конденсируется на крышке или катушке радиатора;
2 –

Механизм двухфазного охлаждения 1 – пар конденсируется на крышке или катушке радиатора;
жидкость стекает в резервуар;
3 – пар поднимается вверх;
4 – жидкость, нагретая от работы компонентов переходит в пар

Слайд 27

Пример внедрения иммерсионного охлаждения

Суперкомпьютер Suiren, разработанный японской компанией PEZY Computing и

Пример внедрения иммерсионного охлаждения Суперкомпьютер Suiren, разработанный японской компанией PEZY Computing и
ExaScaler Inc., использует однофазное охлаждение на основе жидкости 3М Fluorinert, что помогло ему войти в лист Green 500 самых высокопроизводительных компьютеров.

Слайд 28

Термоэлектрическое охлаждение

Низкий КПД, значительная удельная масса

Малые размеры, нет зависимости от

Термоэлектрическое охлаждение Низкий КПД, значительная удельная масса Малые размеры, нет зависимости от
окружающей температуры, реверс работы

Основные эффекты, которые лежат в основе термоэлектрического охлаждения:
Пельтье
Зеебека

Термоэлектрический модуль (ТЭМ)

Слайд 29

Выбор способа охлаждения на ранних стадиях проектирования

Цель выбора: определить способ охлаждения, который

Выбор способа охлаждения на ранних стадиях проектирования Цель выбора: определить способ охлаждения,
необходим и достаточен
для обеспечения нормального теплового режима разрабатываемого изделия.

Выбор осуществляется по диаграмме на рис. 1

Рис. 1

Незаштрихованные зоны относятся к способам охлаждения: 1 - естественное воздушное, 3 - принудительное воздушное, 5 - принудительное жидкостное, 9 - принудительное испарительное.

Заштрихованным зонам соответствуют: 2 - естественное и принудительное воздушное охлаждение, 4 - принудительное воздушное и жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и естественное испарительное, 7 - принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное, 8 - естественное и принудительное испарительное

Слайд 30

Выбор способа охлаждения на ранних стадиях проектирования

Рис. 2 – Вероятностные кривые

Выбор способа охлаждения на ранних стадиях проектирования Рис. 2 – Вероятностные кривые
для блока в герметичном кожухе с ЕВО (шкала Gуд=0) и с принуди-тельным внутренним перемешиванием воздуха для 3 значений расхода (Gуд =1, Gуд =2 и Gуд =3 кг/с·м²

Если точка попадает в область р ≥ 0,8, то можно остановиться на рассматриваемом способе охлаждения;

Если точка попадает в область 0,8 > р ≥ 0,3, то выбор можно сохранить, но чем меньше P, тем больше внимания следует уделить обеспечению теплового режима в дальнейшем при детальной проработке конструкции;

При попадании в область 0,3 > р ≥ 0,1 не рекомендуется выбирать рассматриваемый метод охлаждения;

При р<0,1 обеспечить нормальный тепловой режим рассматриваемым методом охлаждения практически невозможно.

Слайд 31

Кондуктивные системы охлаждения

Традиционно данный метод охлаждения применялся для плат и систем,

Кондуктивные системы охлаждения Традиционно данный метод охлаждения применялся для плат и систем,
где невозможно было организовать воздушное охлаждение.
Системы, предназначенные для эксплуатации в суровых климатических условиях также выиграют от применения кондуктивного охлаждения.
Другая область применения, где описываемый метод охлаждения крайне полезен – разработка и производство систем в виде герметично запаянных боксов для защиты электронных компонентов от пыли и загрязнений.
В качестве теплоотводов могут использоваться различного рода радиаторы, металлические шины или стержни, тепловые трубы и термосифоны.

Слайд 32

Расположение теплоотводящей пластины на модуле с кондуктивным охлаждением

Пример кондуктивных систем охлаждения

Модуль с

Расположение теплоотводящей пластины на модуле с кондуктивным охлаждением Пример кондуктивных систем охлаждения
кондуктивным теплоотводом, установленным внутри шасси

Слайд 33

Разновидности кондуктивных систем охлаждения

Существуют виды кондуктивных систем охлаждения: кондуктивно-воздушные, кондуктивно-жидкостные и кондуктивно-испарительные

Разновидности кондуктивных систем охлаждения Существуют виды кондуктивных систем охлаждения: кондуктивно-воздушные, кондуктивно-жидкостные и
системы охлаждения.
В этих кондуктивных, комбинированных системах охлаждения передача теплоты от источников осуществляется теплопроводностью по специальным теплоотводам, а затем конвекцией в воздух или жидкость или путём фазового превращения жидкости, окружающей теплоотводы источников тепловыделений, или содержащейся внутри теплоотводов, на которых установлены источники.

Слайд 34

Эквивалентная схема кондуктивной системы охлаждения

Кондуктивные системы охлаждения основаны на контактном способе

Эквивалентная схема кондуктивной системы охлаждения Кондуктивные системы охлаждения основаны на контактном способе
передачи тепла за счет теплопроводности элементов конструкции.
Тепло, выделяемое источником, через неразъемный тепловой контакт, передается на теплоотвод (тепловую шину), с которой через тепловой разъем поступает на тепловой сток (теплообменник).

Слайд 35

Тепловой контакт двух поверхностей

Тепловое сопротивление контакта:

Удельное сопротивление фактического контакта:

При расчете удельного

Тепловой контакт двух поверхностей Тепловое сопротивление контакта: Удельное сопротивление фактического контакта: При
сопротивления фактического контакта находят отношение:

Слайд 36

Значение коэффициента В находят из графика (рис. 1)

Тогда

Тепловая проводимость прослойки межконтактной

Значение коэффициента В находят из графика (рис. 1) Тогда Тепловая проводимость прослойки
среды

Эквивалентное расстояние между контактирующими поверхностями

С помощью графика (рис. 2) находят значение

Рис. 1

Рис. 2

Слайд 37

Значение удельной тепловой проводимости для некоторых контактирующих материалов приведены в следующей таблице

Значение удельной тепловой проводимости для некоторых контактирующих материалов приведены в следующей таблице

Слайд 38

Разъемные тепловые контакты

Рассмотрим тепловой контакт, выполненный в виде клина.

Особенность клинового контактного узла:

Разъемные тепловые контакты Рассмотрим тепловой контакт, выполненный в виде клина. Особенность клинового
обеспечивают высокие давление в местах контакта.

Слайд 39

Радиаторы

Радиатор ‒ устройство с очень развитой теплоотдающей поверхностью. Главным показателем эффективности радиатора

Радиаторы Радиатор ‒ устройство с очень развитой теплоотдающей поверхностью. Главным показателем эффективности
является тепловое сопротивление радиатор-среда

Параметры радиатора представлены в таблице.

Рис. 1 – Устройство гибридного радиатора

Слайд 40

Виды радиаторов

Рис. 1 – Радиатор игольчатый

Рис. 3 – Оребренный корпус

Рис. 2 –

Виды радиаторов Рис. 1 – Радиатор игольчатый Рис. 3 – Оребренный корпус
Радиатор штыревой

Рис. 4 – Радиатор пластинчатый

Слайд 41

Тепловые трубки

Рис. 1 – Устройство тепловой трубки

Тепловая трубка (ТТ) – высокотехнологичное устройство

Тепловые трубки Рис. 1 – Устройство тепловой трубки Тепловая трубка (ТТ) –
на фазовом переходе теплоносителя.

Основная функция ТТ – высокоэффективная передача тепла.
Тепловые трубки могут работать при очень малых перепадах температур, поэтому их длина не имеет большого значения.

Слайд 42

Характеристики рабочего вещества в тепловых трубках представлены в таблице.

Характеристики рабочего вещества в тепловых трубках представлены в таблице.

Слайд 43

Радиаторы с тепловыми трубками

1 – первичный теплообменник
2 – тепловая трубка
3 – ребро

Радиаторы с тепловыми трубками 1 – первичный теплообменник 2 – тепловая трубка
радиатора
4 – кулер

Слайд 44

Дополнительное охлаждение ЭРИ на печатных платах


Рис. 1 – Печатный радиатор

Рис. 2

Дополнительное охлаждение ЭРИ на печатных платах Рис. 1 – Печатный радиатор Рис. 2 – Тепловой мостик
– Тепловой мостик
Имя файла: Устройства-и-системы-охлаждения-электронных-средств.pptx
Количество просмотров: 29
Количество скачиваний: 0