UDC 621. 316. 926 + 669. 714-41 L 90 中华人民共和国国家标准 GB/T 15428—1995 电子设备用冷板设计导则 Cold plate design guideline for electronic equipment 1995-01-05发布 1995-08-01实施 国家技术监督局发布 中华人民共和国国家标准 GB/T15428-—1995 电子设备用冷板设计导则 Cold plate design guideline for electronic equipment 1主题内容与适用范围 本标准规定了电子设备使用的冷板的设计导则。 本标准适用于电子设备中采用的各种铝及铝合金制造的冷板。 2引用标准 GB3190铝及铝合金加工产品的化学成分 GB3880铝及铝合金板材 GB/T12993电子设备热性能评定 3术语 3.1冷板(cold plate) 指一种单流体（空气、水或其它冷却剂）紧型换热器。 3.2气冷式冷板（air cooling cold plate） 以空气为介质，使其与冷板的对流来带走电子设备耗热的冷板。 3.3液冷式冷板（liquid cooling cold plate） 以水或其它有机冷却剂(如氟碳化合物)为介质，使其与冷板的对流来带走电子设备耗热的冷板。 3.4储热冷板(heat storage cold plate) 以冷却剂在相变（固态一液态)过程中吸取熔解热的方式来带走电子设备耗热的冷板。 3.5热管冷板(heatpipe-cold plate） 利用高效传热的热管与冷板组合成的装置，带走电子设备耗热的冷板。 4设计的基本要求 4.1冷板应根据电子元器件热源的分布（集中、均布、非均布）、热流密度、许用温度、冷板通道的许用压 降和冷板的工作环境条件等综合因素进行设计。 4.2冷板应进行换热计算和结构强度计算。 4.3冷板通常包括封端、盖板、肋片和底板等部分，采用真空焊、盐浴焊或其它焊接方法做成。 典型的冷板结构如图1所示。 国家技术监督局1995-01-05批准 1995-08-01实施 1 GB/T15428-1995 封增 肋片 盖板 底板 图1典型的冷板结构 4.4制造冷板的材料（包括肋片、盖板和封端），应符合GB3880和GB3190的规定。 4.5冷板通道中的冷却剂 a. 气冷式冷板一般选用一个大气压下常温（25℃）时的空气为冷却剂。 b. 液冷式冷板-般选用一个大气压下常温（25℃)时的水为冷却剂。 对某些有专门要求的冷板，可选用其它流体（如氟碳化合物FC)作为冷板的冷却剂。 c. 储热冷板选用饱和碳氢化合物(C,H2n+2)作为相变材料。 d. 生产厂家供应的冷却剂，应经有关部门检验合格，并提供详细的技术性能参数。 4.6冷板应按GB/T12993中的规定进行热性能检测。 4.7冷板的生产制造，应经过检验，合格产品方能投入使用（或试验）。 5冷板的换热计算 5.1均温冷板 5.1.1气冷式或液冷式冷板的换热计算，按对流换热方程和能量平衡方程进行。 5.1.1.1安装于冷板上的电子元器件所耗散的热量，通过导热、对流方式传与冷板，其对流换热方程 为: Q. = h · A · Atm · no (1) 式中：Q电子设备的耗热，W； h对流换热系数,W /m²·K; A一一参与对流的总换热面积，m² Atm—对数平均温差，℃； no- 冷板的总效率。 20 A 肋片的表面面积，m"； 肋片的效率。 5.1.1.2循环于冷板通道之中的冷却剂所吸收的热量为： Qa= qm· Cp· (t2— t)) (2) 式中：Q.一冷却剂吸收的热量，W； 9m 冷却剂的质量流量，kg/s， Cp冷却剂的定压比热,J/(kg·K); 2 GB/T15428--1995 t2——冷却剂的出口温度,℃; t1一一冷却剂的进口温度，℃。 （各种冷却剂的物性参数，见附录A（补充件）） 5.1.2当冷板传递的热量与冷却剂吸收的热量相平衡时（公式(1)等于公式(2)），冷板表面的平均温度 t为: .(3) -1 式中：NTU- 传热单元数， NTU h · n· A/qm · Cp [t,]一一冷板许用的表面温度（℃）。在不计电子元器件与冷板接触热阻的条件下，{t.]即为应控 制的电子元器件的壳温。 5.1.3冷板通道中冷却剂的压降AP应低于许用的压降[△P]。AP的计算式为： AP= [(K。+1 - ) + 2( - 1)+=( 2gl - (1 - 2 - K) ] ≤ (AP) (4) 式中：G单位面积的质量流量,kg/s·m; g重力加速度,m/s"; P1，2—分别为冷却剂进、出口温度时，冷却剂的密度，kg/m"； Pm-冷却剂的平均密度， Pm=-(p1+p2)/2,kg/m3; α-冷板通道的横截面积与冷板横截面积之比（见附录B)， g-A./ Afr; A。--冷板通道的横截面积，m; At-一冷板的横截面积，m²； K。、K。—分别为冷却剂的进、出口损失系数(见附录C的C2,C3); 一摩擦系数（见附录C的C1)。 5.1.4冷板对流换热系数与肋片的形状、结构形式、流量和冷却剂的物理性质有关，一般可按下式计 算: h j·G·c, · Pr-号 ·(5) 式中：j一一系数，与肋片组成的各种通道和流体的雷诺数（Re)有关（见附录C的C1）； Pr 普郎特数（见附录A）。 5.2非均温冷板的换热计算，可采用有限差分法或有限元法进行分析计算。 5.3储热冷板的换热计算，主要是确定用于带走电子元器件耗热所需的相变材料的质量，一般的计算 式为： p.t m H (6) 式中：m相变材料的质量,kgs 3 GB/T 15428-1995 P一电子元器件耗散的热量，W； t-—电子设备要求的温度控制周期，s; H—相变材料的熔解热，J/kg。 6冷板的结构设计 6.1肋片 6.1.1肋片的形状通常为平直形、锯齿形和多孔形（见图2）。也可按要求选择其它形状的肋片。 6.1.2肋片选择的基本原则 根据冷板的工作环境条件，如温度、湿度、气压和污染程度等因素，选择肋片的形状、肋间距、肋 高和肋厚。 平直形 锯齿形 多孔形 图2肋片的形状 b. 冷板的工作压力，一般应低于2000kN/m²。 C. 对流换热系数大，选厚和高度低的肋片；对流换热系数小，选高而薄的肋片。 d. 冷板表面与环境温差大的，选平直形肋片；温差小的，选锯齿状肋片。 应选择经有关部门鉴定合格的生产厂供应的肋片，并提供设计需要的技术参数。 6.2冷板的封端形状，可根据结构要求，设计成燕尾形、槽形、矩形或外凸矩形（见图3）。 燕尾形 燕尾槽形 矩形 外凸矩形 图 3 6.3冷板的盖板、底板、隔板（多层冷板用），般设计成平直形，其厚度按强度要求设计。盖板和底板均 可作为电子元器件的热承载面。 4 GB/T 15428-1995 6.4二侧的封端、盖板、肋片和底板，按结构设计的要求，焊接成冷板装置后，各表面应去焊渣、毛刺并 经除油处理，以保持表面平整、光洁。冷板的通道应保持顺畅。 6.5冷板的通道应按要求进行密封性检验，在规定的工作压力下，不应有任何流体渗漏。 6.6应采取有效的措施（如涂沫导热膏、脂），以使电子元器件或部件与冷板表面之间的接触热阻减至 最小。 7冷板的性能检验 7.1结构性能 a．用目测法检查冷板的外观、形状。各表面应平整，流道应顺畅。 b．各结构尺寸，应符合设计图纸规定的要求。 7.2热性能 a. 应根据热负载的分布(均布或集中)形式，在施加热负载的条件下，测量冷板表面的温度分布情 况。 在施加热负载的条件下，测量冷板通道进、出口处冷却剂的压力。 c. 在施加热负载的条件下，测量冷板通道中冷却剂的流量（或流速）。 d. 冷板表面温度的测量，通道中冷却剂的流量和压降的测量，按GB12993中相应章节的规定执 行。 e. 应对测量所得的数据进行处理、汇总，并写出冷板性能的评定报告。 GB/T 15428- -1995 附录A 常用的冷板冷却剂物性参数 （补充件） A1 气冷式冷板用冷却剂(空气)的物性见表A1。 表A1 温度 密度 比热 导热系数 动力粘度 相对粘度 Pr kg/m3 (kJ/kg K) X102W/mK X10°kg/m· s X10°m²/s 0 1.293 1. 005 2. 44 17. 2 13.28 0.707 1. 247 1.005 2. 51 17.6 14.16 0.705 20 1.205 1. 005 2. 59 18.1 15. 06 0.703 30 1. 165 1. 005 2. 67 18.6 18. 00 0. 701 40 1.128 1.005 2.76 19. 1 16. 96 0. 699 09 1. 094 1. 005 2.83 19. 6 17. 95 0.698 60 1.060 1.005 2. 90 20.1 18. 97 0. 696 70 1. 029 1.009 2.96 20. 6 20. 02 0. 694 80 1.000 1. 009 3. 05 21.1 21.09 0.692 A2 液冷式冷板常用冷却剂的物性（20℃）见表A2。 表 A2 冰点 沸点 密度 比热 导热系数 动力粘度 汽化潜热 名称 C ℃ kg/m3 (kJ/kg : K) W/mK kg/m :s kJ/kg 水 0 100 999 4.102 0.602 100.15×10 2'454 氟碳 FC-77 75 97. 2 1780 1. 05 0.064 0.08