【原】電子產(chǎn)品的風(fēng)道系統(tǒng)如何設(shè)計(jì),？

結(jié)構(gòu)彈設(shè)計(jì) 2024-11-26 發(fā)布于廣東

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電子產(chǎn)品的風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程,，需要綜合考慮熱管理、氣流優(yōu)化,、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及制造成本等因素。

1.直線型風(fēng)道

優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局：風(fēng)道應(yīng)盡可能筆直，以減少氣流阻力,。
風(fēng)道截面積設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)備的熱源散熱需求，計(jì)算風(fēng)道截面積,，確保風(fēng)量充足,。
風(fēng)扇選擇：選擇高靜壓風(fēng)扇以適應(yīng)狹窄筆直的風(fēng)道設(shè)計(jì)。
進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口對(duì)齊：確?？諝饬鲃?dòng)順暢,，減少渦流產(chǎn)生。

設(shè)計(jì)核心參數(shù)：

風(fēng)道長度：保持適中（一般 200-300 mm）以減少氣流損失,。
風(fēng)道寬度與高度：比例通常為 1:1 或更大,，以優(yōu)化氣流。

2. U型風(fēng)道

曲率設(shè)計(jì)：風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑需大于風(fēng)道高度的2倍,，避免氣流分離,。
導(dǎo)流板設(shè)置：轉(zhuǎn)彎處添加導(dǎo)流板,，優(yōu)化氣流方向。
分段測試：在仿真中分段模擬氣流,，確保熱量能夠被完全帶走,。

設(shè)計(jì)核心參數(shù)：

曲率半徑：建議≥20 mm（視結(jié)構(gòu)尺寸而定）。
彎道角度：避免超過 90°,，以降低氣流損失,。

3. 雙層風(fēng)道

分區(qū)設(shè)計(jì)：將冷空氣與熱空氣隔離，避免相互干擾,。
空氣分流控制：通過導(dǎo)流葉片分流氣流,，增強(qiáng)冷卻效果。
上下風(fēng)道交界隔離：用密封材料避免熱空氣回流,。

設(shè)計(jì)核心參數(shù)：

兩層之間的距離：建議≥10 mm,，以確保氣流互不干擾。
分流比例：冷/熱風(fēng)道氣流分配約為 6:4 或根據(jù)熱負(fù)載調(diào)整,。

4. 側(cè)吸式風(fēng)道

側(cè)吸風(fēng)口設(shè)計(jì)：設(shè)置在熱源一側(cè),，貼近散熱區(qū)域，減少熱空氣積聚,。
局部增壓風(fēng)扇：靠近吸風(fēng)口位置安裝風(fēng)扇,，增加氣流吸力。
外殼通孔布置：優(yōu)化通孔位置,，避免氣流短路,。

設(shè)計(jì)核心參數(shù)：

吸風(fēng)口與熱源的距離：建議<10 mm。
風(fēng)扇壓力：需大于普通設(shè)計(jì),，風(fēng)壓范圍為 200-500 Pa,。

1.明確氣流方向：

確定進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的位置，避免氣流短路,。
確保氣流經(jīng)過所有關(guān)鍵熱源,。

2.優(yōu)化截面積變化：

風(fēng)道截面積應(yīng)平滑過渡，避免驟變以減少湍流,。
轉(zhuǎn)彎處的風(fēng)道截面積適當(dāng)增加,，緩解氣流阻力。

3.使用導(dǎo)流裝置：

在風(fēng)道拐角處安裝導(dǎo)流板或?qū)Я魅~片,，調(diào)整氣流方向,，避免回流。

4.控制風(fēng)道長度：

盡可能縮短風(fēng)道長度,，減少氣流壓降,。
長風(fēng)道需配合高靜壓風(fēng)扇，保證氣流通過性,。

5.優(yōu)化熱源布局：

將高發(fā)熱元件布置在風(fēng)道的中上游,，確保冷空氣直接流經(jīng),。
低發(fā)熱元件可置于下游，避免影響關(guān)鍵部件散熱,。

6.調(diào)整風(fēng)扇參數(shù)：

根據(jù)風(fēng)道結(jié)構(gòu)選擇風(fēng)量大,、靜壓高的風(fēng)扇。
調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,，匹配風(fēng)道阻力,，減少噪音。

7.減少氣流阻礙：

優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu),，避免線纜,、支撐柱等遮擋氣流。
使用順滑的材料和涂層,，降低摩擦系數(shù)。

優(yōu)化氣流路徑的設(shè)計(jì)核心參數(shù)：

氣流速度：建議保持在 3-5 m/s,，避免過高導(dǎo)致噪音或過低影響散熱,。
風(fēng)道壓力損失：需控制在 30-100 Pa 范圍內(nèi)，以平衡散熱效果和能耗,。
導(dǎo)流板角度：建議傾斜角度為 30°-45°,，確保氣流方向平滑過渡。
風(fēng)道截面積變化率：控制在 ≤10%,，減少氣流紊亂,。
溫升限制：出口氣流溫升需≤10°C，以保證設(shè)備穩(wěn)定性.

1. 風(fēng)扇選型

靜壓要求
確定風(fēng)道阻力,，選擇靜壓適合的風(fēng)扇：

長風(fēng)道：優(yōu)先選用高靜壓風(fēng)扇（100~500 Pa）,。
開放式結(jié)構(gòu)：選擇風(fēng)量更大的低靜壓風(fēng)扇。

噪音與壽命

噪音：控制在 25-40 dB 之間,，滿足用戶體驗(yàn),。
壽命：選用壽命≥50,000小時(shí)的高品質(zhì)軸承風(fēng)扇。

2. 散熱元件選型

散熱片材料

優(yōu)選高導(dǎo)熱材料,，如鋁（導(dǎo)熱系數(shù)約 200 W/m·K）或銅（導(dǎo)熱系數(shù)約 400 W/m·K）,。
鋁材性價(jià)比高，適合一般應(yīng)用,；銅材適合高功率密度場景,。

散熱片形狀

平板式：適合小功率、低空間需求場景,。
針狀式：適合自然對(duì)流散熱,。
鰭片式：適合風(fēng)扇主動(dòng)散熱，提升氣流接觸面積,。

熱管設(shè)計(jì)

應(yīng)用熱管以均勻分布熱量,，提升整體散熱能力,。
熱管長度和直徑根據(jù)熱源分布與設(shè)備尺寸決定。

3. 風(fēng)扇與散熱元件的組合

位置優(yōu)化

風(fēng)扇應(yīng)位于熱源上游,，確保冷空氣優(yōu)先通過關(guān)鍵熱區(qū),。
風(fēng)扇和散熱片間距控制在 3-10 mm，避免氣流短路,。

結(jié)合設(shè)計(jì)

熱源高密度區(qū)域使用主動(dòng)風(fēng)扇+散熱片,。
低功率區(qū)域可僅使用被動(dòng)散熱方案。

核心設(shè)計(jì)參數(shù)：

風(fēng)扇風(fēng)量：按計(jì)算公式選型,，常見范圍為 10~150 CFM,。
風(fēng)扇靜壓：與風(fēng)道阻力匹配，常見為 50~300 Pa,。
散熱片厚度：一般為 0.5~1.5 mm,。
熱管導(dǎo)熱能力：≥50 W。
材料導(dǎo)熱系數(shù)：鋁≥200 W/m·K,，銅≥400 W/m·K,。

1. 確定仿真目標(biāo)

熱管理目標(biāo)：確保關(guān)鍵部件溫度低于設(shè)計(jì)限制（例如 GPU < 80°C）。
氣流優(yōu)化目標(biāo)：最小化湍流,、壓力損失和氣流短路,。
噪音控制目標(biāo)：優(yōu)化風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)，降低流體噪音,。

2. 模型建立

3. 設(shè)置邊界條件

入口條件：設(shè)置風(fēng)扇風(fēng)量（CFM）或速度（m/s）,。
出口條件：設(shè)置壓力為常壓或特定值（如零壓差）。
壁面條件：設(shè)定導(dǎo)熱材料的熱傳導(dǎo)參數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù),、比熱等）,。

4. 材料和物理模型

5. 仿真求解

6. 數(shù)據(jù)分析

溫度分布：識(shí)別熱點(diǎn)區(qū)域并優(yōu)化風(fēng)道或散熱元件。
氣流分布：檢測湍流區(qū)域,，調(diào)整導(dǎo)流板或風(fēng)道形狀,。
壓力損失：計(jì)算風(fēng)道壓降，優(yōu)化入口和出口的阻力配置,。

設(shè)計(jì)核心參數(shù):

氣流速度：推薦 2-6 m/s,，過高易引起噪音，過低散熱效率低,。
壓力損失：風(fēng)道總壓降建議控制在 30-100 Pa,。
熱源溫升：目標(biāo)溫升 <10°C。
湍流強(qiáng)度：關(guān)鍵區(qū)域湍流度 <15%,。

1. 明確設(shè)計(jì)需求

機(jī)械強(qiáng)度：材料需滿足設(shè)備正常使用及極限載荷的需求,。
導(dǎo)熱性能：關(guān)鍵散熱部件材料需高導(dǎo)熱性以提高散熱效率。
重量要求：輕量化設(shè)計(jì)需選擇密度較低的材料,。
環(huán)境適應(yīng)性：材料需耐高溫,、抗腐蝕,，滿足使用環(huán)境要求。

2. 篩選候選材料

金屬材料：鋁合金（6061,、7075）：輕質(zhì),、高導(dǎo)熱性（導(dǎo)熱系數(shù)約 200 W/m·K），適合散熱片和框架,。
銅：導(dǎo)熱性能最佳（400 W/m·K）,，適合用于熱源核心散熱。
不銹鋼：強(qiáng)度高,，耐腐蝕,，導(dǎo)熱性較差（16 W/m·K），多用于結(jié)構(gòu)支撐,。非金屬材料：工程塑料（PC,、ABS）：密度低，適合非承重部件和外殼,。
碳纖維復(fù)合材料：輕質(zhì)高強(qiáng),，導(dǎo)熱性一般，適合輕量化設(shè)計(jì),。
石墨烯薄膜：導(dǎo)熱性優(yōu)異，適合用于超薄散熱層,。

3. 材料性能比較

力學(xué)性能：選用屈服強(qiáng)度,、彈性模量較高的材料用于承重部件。
熱學(xué)性能：根據(jù)熱源散熱需求選擇導(dǎo)熱性良好的材料,。
加工性：考慮材料是否易于加工成型,，如鋁合金易加工，碳纖維成型成本較高,。

設(shè)計(jì)核心參數(shù):

導(dǎo)熱系數(shù)：鋁≥200 W/m·K,，銅≥400 W/m·K。
密度：鋁合金（2.7 g/cm3）,，碳纖維（1.5-1.8 g/cm3）,。
屈服強(qiáng)度：不銹鋼（約 250 MPa），鋁合金（90-400 MPa）,。
耐熱溫度：塑料（最高約 125°C）,，金屬材料（>500°C）。

1. 材料選擇

制造工藝適配性：材料需與制造工藝兼容,，如鋁適合CNC加工,、注塑適合PC/ABS。
成本控制：選擇高性價(jià)比材料,，兼顧強(qiáng)度,、耐久性和易加工性,。
環(huán)保要求：優(yōu)選可回收材料，減少對(duì)環(huán)境的影響,。

2. 零件設(shè)計(jì)

簡化設(shè)計(jì)：減少零件數(shù)量,，優(yōu)選一體化成型設(shè)計(jì)。
使用標(biāo)準(zhǔn)化件（如螺釘,、插銷）降低裝配復(fù)雜性,。裝配方向統(tǒng)一：設(shè)計(jì)盡量確保單方向裝配，避免反復(fù)調(diào)整零件位置,。容差設(shè)計(jì)：為關(guān)鍵部件（如接口,、導(dǎo)軌）設(shè)置合理的公差范圍，確保高精度匹配,。

3. 制造工藝