循环式液体冷却系统的设计原理、元器件选型与模拟试验

　　1 研究背景

　　现代电子设备发展迅速，电子设备向紧凑型发展，其热流密度也变大，同时电子设备的换热方式也发生了很大的变化，由以前的自然换热，强制通风换热，逐渐向液体冷却方向发展[1 ～3]。液体冷却系统主要采用液体循环冷却的方式，与电子设备进行换热，利用循环式液体冷却系统的换热器将热量排至大气内，通过循环冷却的方式，对电子设备持续冷却，为电子设备提供一个稳定、适宜的工作环境。

　　本文所述某电子设备的工作温度为:-40~+50℃ ，电子设备的理论散热负荷Q 为1200W，冷却介质为乙二醇水溶液; 供液压力P≥0.5 MPa、流量F≥3 l/min、供液温度T≤58 ℃的循环冷却液体; 电子设备本身自重较轻，因此要求其附属冷却设备重量M≤15 ㎏，最大外形尺寸( L×W×H) 为600mm×300mm×330mm; 本文主要介绍为此电子设备进行冷却的循环式液体冷却系统的设计和模拟试验。

　　2 循环式液体冷却系统概述

　　循环式液体冷却系统的主要功能是提供一定温度和流量的循环冷却介质，循环冷却介质与电子设备进行热交换，利用循环冷却液体带走电子设备产生的热量，使电子设备在温度较低的条件下工作，循环冷却液体在其它外力作用下流动，在外部换热器内将热量排放至大气，为此，循环不断，其工作原理见图1。

　　3 循环式液体冷却系统设计分析

　　3. 1 循环式液体冷却系统换热器设计计算方法与流程

　　根据电子设备具体的换热量Q，循环冷却量F，循环供液温度T以及电子设备的环境温度Tw，对循环式液体冷却系统换热器进行设计。

　　为了降低循环泵的体积和重量，液体温升采用5℃温升，为了降低换热器的体积和尺寸，空气侧换热采用6℃ 温升，根据有关计算方法对换热器进行设计计算，确定其相关尺寸，计算方法与流程见图2[4 ～5]。

　　依据最大外形尺寸( L×W×H) 600mm×300mm×330mm，对换热器进行优化设计，并经校核计算，确定循环式液体冷却系统换热器的外形尺寸以及整体布局。

　　3. 2 循环式液体冷却系统电气控制设计

　　在整个体积和重量要求比较严格的条件下，电气控制如果选用常规的控制系统，其体积以及重量不能保证要求，为此对电气控制进行了专业的设计。为了控制整体的重量和尺寸，根据系统控制流程( 参见图3) 的具体要求，单独研发了电气控制系统-微控制器。

　　微控制器，除具备通用微机CPU 的数值计算功能外，还具有灵活，强大的控制功能，能实时监测系统的输入量，控制系统的输出量，实现自动控制[6]。具有如下特点: