密閉機箱內部可見光相機的散熱解決方案

時間:2017/10/27 14:41:00 來源:中國散熱器網 添加人:admin

  在電磁兼容要求較高的機箱設計中,往往采用密閉的機箱結構。

  密閉的機箱雖然保證了足夠的電磁屏蔽效能,但是不利于內部發熱器件的散熱。可見光相機對溫度敏感,當工作溫度超出其使用溫度范圍時,導致圖像質量下降。因此,本文將重點研究如何解決密閉機箱的散熱問題。

  1散熱方案本文研究安裝于密閉機箱內的可見光相機散熱方案。設計的關鍵是將相機外殼的熱量快速地傳遞到對溫度不敏感的部位。

  1.1熱管熱管是一種具有很高導熱性能的傳熱元件。普通熱管由管殼、起毛細作用的多孔結構物一一吸液芯,以及傳遞熱能的工質構成。

  沿軸向分為三段:蒸發段、絕熱段和冷凝段。其工作原理是:外部熱源通過蒸發段的管壁和浸工質吸液芯的導熱使液體工質升溫,液面蒸發,達到飽和蒸氣壓,在壓差的作用下,蒸氣流向低壓且溫度也較低的冷凝段,在氣液界面上冷凝,放出潛熱,傳給管外冷源。冷凝的液體通過吸液芯回流到蒸發段,完成一個循環。

  熱管的特點:(1)相變傳熱,比金屬的傳熱能力大得多;(2)具有優良的熱響應性;(3)可從狹窄空間取出熱量并遠距離傳遞熱量。

  1.2兩種散熱方案(1)肋片散熱器散熱。采用熱管將相機底部及兩側的熱量傳輸到肋片散熱器,通過自然對流和強迫對流(風扇)帶走散熱器上的熱量。設計如-1所示,1-可見光相機,2-肋片散熱器,3-散熱器底座,4-熱管。

  -1 "熱管+肋片散熱器〃散熱設計相機底部通過熱管導熱至肋片,相機側面導熱至肋片;溫度較低時,自然對流散熱,溫度較高時,位于相機兩側的風扇開啟,強迫對流散熱。

  (2)熱管導熱至機箱。利用熱管將相機產生的熱量導至機箱,機箱對溫度不敏感,散熱面積大,通過外部環境的自然對流散熱。

  設計如-2所示,1-機箱,2-機箱接觸銅片,3-熱管,4-相機接觸銅片,5-可見光相機。

  兩塊銅片增大了熱管與相機和機箱接觸面積,接觸處有較高的粗糙度要求,并涂導熱脂。

  2基于AnsysWorkbench的散熱效果對比為了檢驗兩種散熱方式的散熱效果,采用Workbench進行穩態熱分析,獲得穩態溫度場。溫度場是一個時間函數,用于反映任意時刻-2通過熱管將相機熱量導入機箱任意點的溫度值。當各點的溫度不再隨時間改變,便形成了穩態溫度場。

  簡化模型,導入workbench.選擇材料屬性,賦予相應的元件,確定熱載荷及熱邊界條件。經過計算,獲得穩態溫度場,如-1所示。

  -1兩種散熱設計的穩態溫度場-1(a),相機溫升較小,穩態高溫度為50.3t,機箱內部溫度為45t,溫升為5.3t. -1(b),相機高溫度37.2t,機箱低溫度23.4t,溫差為13.8t,由于自然對流換熱能力較小且機箱內部溫度為45t,溫升較大。

  3結論對比兩種散熱設計的溫度場仿真數據,設計一中相機的溫升較小,受機箱內部環境溫度影響較大;設計二中,熱量傳遞到外界環境,相機相對于機箱的溫升較大,相機自身溫度較低。兩種設計各有優點:設計一適用于機箱內溫度較低,且外部自然對流條件較差的情況下,其降溫速度快,溫升低。設計二適用于機箱內溫度較高,外界溫度較低且自然對流條件良好的情況。因此,在密閉機箱的相機散熱設計要根據所處環境的歷史統計數據,選擇更適合的一種設計方法,或者將二者結合。

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