[发明专利]一种用于雷达电子机柜系统的热设计方法

说明书

本发明涉及热仿真设计领域，具体涉及一种用于雷达电子机柜系统的热设计方法。本方法包括以下步骤：选择散热方式；得到机柜与外界空气的传热量和辐射换热量；求解机柜整体散热所需风量；计算总压降；选择具体的散热部件；建立雷达电子机柜系统的三维模型；建立三维网格化的计算域；对雷达电子机柜系统进行仿真计算，得到初始仿真结果；建立温度分布的等高线云图以及流体的流动迹线，对不符合工作要求的机柜内部的结构及布局进行改进或者重新选择散热方式。本发明可以准确的模拟预测雷达电子机柜系统在使用过程中的温度分布和流体流动状况，从而实现对机柜内电子设备的布局以及散热方式的优化改良功能。

技术领域

本发明涉及热仿真设计领域，具体涉及一种用于雷达电子机柜系统的热设计方法。

背景技术

雷达是一个复杂庞大的电子系统，内部集成了各种规格、型号数量众多的电子元器件，对散热一直有很高的要求。随着现代雷达技术的快速发展和功率器件制造技术的不断进步，雷达组装密度、功率密度的不断提高已经成为当前雷达发展的重要标志。雷达电子机柜是承载雷达电子设备的主要载体，雷达电子机柜系统温度分布是否合理是雷达能否正常工作的前提。利用外场实验对机柜系统性能和指标的测试已经不能满足需求：一方面，机柜所处的外界环境因素较多，且变化莫测，包括风速，空气温度、太阳辐射等都会对其产生较大影响，因此实测数据难以获取。另一方面，外场实验需要成品机柜系统，一旦系统的温度分布不能满足要求，必须重新设计生产，代价昂贵。有鉴于此，目前很多企业在产品的设计阶段就开始进行热设计，以选择合理的散热方式和结构布局。然而，现阶段的热设计工作都存在一定的缺陷，或仅采用粗浅的理论计算，或单纯的仅进行计算机仿真计算等，导致热设计的准确性和可信度往往不高。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种更为高效快捷的用于雷达电子机柜系统的热设计方法。本发明可以准确的模拟预测雷达电子机柜系统在使用过程中的温度分布和流体流动状况，从而实现对机柜内电子设备的布局以及散热方式的优化改良功能，最终保证雷达电子机柜系统的正常平稳运行。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于雷达电子机柜系统的热设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、选择机柜内部需额外进行散热的器件的散热方式；

(2)、根据雷诺公式，雷诺数Re＝ρvD/μ，若Re＜10⁵，努谢尔特数Nu＝0.66Re^0.5；若Re＞10⁵，Nu＝0.032Re^0.3，计算得到换热系数h：

h＝Nuλ_空/D

式中，λ_空为空气的导热系数，单位W/(mK)；

D为机柜的特征尺寸，单位m；

根据所述换热系数h，分别计算出机柜内外壁面与空气的换热系数h₁和h₂；建立能量守恒方程，根据下式得到机柜与外界空气的传热量Q₁：

式中，A为机柜有效换热面积，单位㎡；

Δt₁为机柜内外空气温差，单位℃；

δ为机柜壁面的厚度，单位m；

h₁为机柜内表面的换热系数，单位W/(㎡K)；

h₂为机柜外表面的换热系数，单位W/(㎡K)；

λ为机柜壁面的导热系数，单位W/(mK)；

此外，如果机柜处于室外环境，还需依据以下辐射换热公式计算辐射换热量Q₂：