UDC 621. 316. 926 : 669. 714-41 L 90 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 1995-08-01实施 1995-01-05发布 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 5AG 3. 1 冷板(cold plate) 指一种单流体（空气、水或其它冷却剂）紧凑型换热器。 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(heat pipe-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/T 15428-1995 封端 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 气冷式冷板一般选用个大气压下常温（25℃)时的空气为冷却剂。 a. 液冷式冷板一般选用一个大气压下常温（25℃）时的水为冷却剂。 b. 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。 储热冷板选用饱和碳氢化合物(C,H2n+2)作为相变材料。 c. 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·ANtm·70 ...(1) 式中：Q.一 -电子设备的耗热，W； 一对流换热系数，W/m².K； h- 4- 参与对流的总换热面积，m"， Atm 对数平均温差，℃； 冷板的总效率。 To 7o: h- 一肋片的表面面积,m； r-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： Q. = Am *Cp · (tz - t) (2) 式中: Q. 冷却剂吸收的热量，W； 9m—冷却剂的质量流量,kg/s, cp一冷却剂的定压比热J/(kg·K)； 2 GB/T15428--1995 t2——冷却剂的出口温度,℃; t—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： NTU.t? (3) NTU 式中：NTU一 一传热单元数， NTU - h- n - A/qm · C, 【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[AP]。AP的计算式为： 2g (1- α - K)4 ≤AP) (4) 式中：G一 一单位面积的质量流量，kg/s·m； 一重力加速度，m/s"； P1,P2—分别为冷却剂进,出口温度时,冷却剂的密度,kg /m"; 一冷却剂的平均密度， Pm=(pi+pz)/2,kg/m; 一冷板通道的横截面积与冷板横截面积之比（见附录B）， g=A./Ar; A。-冷板通道的横截面积,m, Ar—冷板的横截面积,m"; K。,K。一分别为冷却剂的进、出口损失系数(见附录 C的 C2,C3) 一一摩擦系数(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—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： (6) H, 式中：m—相变材料的质量,kg; 3 GB/T 15428--1995 P. -电子元器件耗散的热量，W； T一一一电子设备要求的温度控制周期，s H-一相变材料的熔解热,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。 6.7.2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、助 高和肋厚。 平真形 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。 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