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第六章 液体冷却1

一、前言1

二、液体冷却的基本原理1

（一）液体传导1

（二）液体对流2

三、对流换热时的应用方程式2

（一）自然对流2

（二）管内强迫对流3

四、液体冷却系统4

（一）直接液体冷却4

1．电子器件直接浸入液体中的冷却4

2．直接强迫液体冷却5

3．直接液体冷却中要注意的几个问题5

（二）间接液体冷却5

五、液体冷却系统设计6

（一）设计依据6

（二）确定冷却方案6

（三）设计计算7

1．选择冷却液7

（1）评价冷却液传热性能的综合指标8

（2）直接液体冷却的冷却液8

（3）间接液体冷却的冷却液10

2．确定冷却液的温度、流量和压力10

（1）冷却水的温度10

（2）冷却水的流量10

（3）冷却水的压力11

3．冷却水套的设计计算11

（1）水套设计计算12

（2）计算在环形间隙δ内的对流放热系数α13

（3）核算电子器件发热表面温度ta13

4．液冷计算的另一种方法——表面温升法14

5．速调管、大功率三四极管水冷计算示例15

6．换热器的种类与选用19

（1）常用换热器种类19

（2）换热器的选择原则20

7．管道与阀门21

8．冷却系统压力损失22

（1）管道内流体常用流速范围22

（2）管径、流量、流速关系换算图23

（3）管径换算表（适用于水）23

（4）系统压力损失计算25

9．泵的选用35

（1）F型悬臂耐腐蚀离心泵36

（2）FS型塑料耐腐蚀离心泵40

W型、WZ型旋涡泵（新系列）47

（4）泵的安装高度计算50

10．冷却系统的控制和保护51

（1）水流接点51

（2）温度接点53

（3）压力接点54

11．冷却系统中的腐蚀及予防55

（1）由于金属在水中溶解的自然趋势而形成的腐蚀55

（2）电化学腐蚀56

（3）水中加防冻剂所引起的腐蚀61

（4）X射线辐射引起的腐蚀61

（5）水冷系统中减少腐蚀的设计原则61

12．电子设备水冷系统中水质要求及使用维护62

第七章 蒸发冷却64

一、概述64

二、沸腾换热机理64

三、蒸发冷却系统计算66

（一）电子管总功耗计算66

（二）电子管的蒸发水量67

（三）产生的蒸汽量67

（四）蒸发锅最小直径Do的确定67

（五）确定汽室高度69

（六）汽水分离器的形式70

（七）蒸发锅与电子管的接触形式70

（八）蒸发锅的主要加工工艺70

（九）蒸汽管道管径计算71

（十）冷凝水回水管道管径计算71

（十一）蒸汽管道和冷凝水回水管路绝缘管长度确定72

（十二）均压管72

（十三）蒸汽管道阻力计算72

（十四）控制水箱73

（十五）蒸发锅的静态水位75

四、蒸发冷却系统的保护75

（一）水位保护75

（二）蒸汽压力保护78

（三）排气阀79

（四）防腐蚀保护79

（五）二次水（外循环）系统的水流量和温度保护79

五、水质要求80

六、蒸发冷却的二次冷却形式80

（一）蒸汽——水冷式冷凝器80

（二）蒸汽——强制风冷式冷凝器83

（三）自然冷却式冷凝器87

七、蒸发冷却系统安装要求90

（一）蒸汽管道安装要求90

（二）冷凝水回水管道安装要求90

（三）透气管安装91

（四）均压管安装91

（五）冷凝器安装高度91

八、蒸发冷却系统试机92

九、设计举例92

十、蒸发冷却系统的另几种结构形式97

（一）下出汽锅系统97

（二）直接汽化冷却系统98

十一、蒸发冷却系统的使用和维护99

第八章 换热器100

一、概况100

二、换热器的设计基础100

（一）常用的传热准则100

（二）基本传热公式102

（三）有效温度差△t的计算103

1．对数平均温度差103

2．算术平均温度差106

（四）流体的平均温度107

（五）换热器设计、选用的一般程序108

三、列管式换热器的设计109

（一）列管式换热器的种类和结构109

（二）列管式换热器的主要构件及其参数选择110

1．传热管110

2．管长及管径的选择110

3．流体通过壳程及管程的选择依据111

4．流速的选择111

5．管侧行程数Z的确定111

6．传热管的布置和排列间距112

7．管子根数和壳内径的关系113

8．折流板的形状和间隔114

9．缓冲板114

10．管板与管子的连接115

（三）无相变的列管式换热器设计115

1．管内侧对流换热系数αi115

2．壳侧对流换热系数αo116

3．管壁温度tw117

4．求换热器的总传热系数K118

5．管内外流体的压力损失计算119

（四）列管式蒸汽冷凝器设计121

1．列管式蒸汽冷凝器的设计特点121

2．蒸汽在垂直管群（光滑管）外冷凝122

3．在水平管群（光滑管）管外冷凝123

4．蒸汽冷凝时的总传热系数K123

5．冷凝侧的压力损失124

四、板翅式换热器设计127

（一）结构128

（二）结构参数的计算133

1．选择翅片133

2．计算有效传热面积及决定传热芯部（板束）各参数133

3．结构参数计算134

（三）求换热系数α134

（四）求翅片效率140

1．翅片效率ηf140

2．表面效率（总传热效率）ηo140

（五）求总传热系数K141

（六）实际需要的传热面积141

（七）换热器长度141

（八）冷凝时的换热系数142

（九）压力损失的计算142

（十）板翅式换热器的设计顺序143

五、螺旋板式换热器147

（一）结构形式147

（二）密封方法149

（三）螺旋板式换热器的特点149

（四）基本传热公式150

1．两流体都呈螺旋流动时150

2．一流体螺旋流动，另一流体轴向流动时150

（五）螺旋板式换热器的换热系数和总传热系数150

1．螺旋流动时的换热系数150

（1）无相变时的对流换热系数150

（2）冷凝传热（垂直）152

（3）冷凝液的过冷却（低温冷却）153

2．轴向流动时的液膜换热系数153

（1）无相变的对流换热153

（2）冷凝换热153

3．总传热系数K154

（六）压力损失155

（七）不可拆式螺旋板式换热器形式、基本参数和尺寸155

六、螺旋管式换热器163

（一）结构163

（二）优缺点163

（三）基本传热公式164

1．管内侧、壳侧流体均为螺旋状流动时164

2．管内侧流体呈螺旋流动、壳侧呈轴向流动时164

（四）对流换热系数α和传热系数K165

1．螺旋管内对流换热系数165

（1）管内层流时的对流换热系数αi165

（2）管内紊流时的对流换热系数αi166

2．壳侧对流换热系数167

（1）壳侧螺旋流动时的对流换热系数（无相变时）167

（2）壳侧轴向流动时的对流换热系数（无相变时）168

（3）蒸汽在壳侧冷凝时的换热系数αo168

3．总传热系数K169

（五）压力损失169

1．管内侧无相变时流体压力损失169

2．壳侧压力损失170

（六）螺旋管式换热器的标准尺寸171

第九章 管道174

一、管径系列174

二、管路的水压试验压力174

三、钢管主要计算数值表175

四、常用公称压力下管道壁厚选用表176

五、管道强度校核176

六、铜管的最小弯曲半径177

七、管道坡度177

八、管径换算表178

九、管道间距179

十、管道连接180

（一）焊接和法兰连接180

（二）螺纹连接186

（三）活接头连接188

（四）插接式连接192

（五）耐热聚氯乙烯管连接196

（六）聚乙烯管连接198

（七）尼龙管连接201

（八）夹布胶管连接205

（九）纯胶管连接206

（十）玻璃钢管连接206

第十章 物性参数207

一、空气的物性参数207

表10—1 干空气的物理性质207

表10—2 每米3干空气在不同温度下的重量208

二、水蒸汽的物性参数209

表10—3 在饱和线上水蒸汽的物性参数209

三、水的物性参数210

表10—4 在饱和线上水的物性参数210

表10—5 水的沸点与大气压的关系211

表10—6 电子设备水冷系统的用水技术要求211

表10—7 水的硬度分类211

表10—8 理想纯水在不同温度时的电阻率211

表10—9 全国各地水源的水温和硬度211

四、几种液体的物性参数214

表10—10　几种液体的物性参数214

表10—11　氟里昂—113饱和液体的热物理性质214

表10—12　氟里昂—113饱和蒸汽的热物理性质215

表10—13　氟里昂—113过热蒸汽的热物理性质215

五、乙二醇水溶液的物性参数216

表10—14 乙二醇水溶液的沸点216

表10—15　乙二醇水溶液的冰点216

表10—16　乙二醇水溶液的热物理性质217

表10—17　乙二醇水溶液的比重220

表11—18　乙二醇及其水溶液的比热221

六、测温用铜—康铜热电偶温度—电势对照表222

表10—19　铜—康铜热电偶分度表222

七、某些材料的物理性能参数224

表10—20　金属材料及元素的物性参数224

表10—21　非金属材料的重度、导热系数、比热和线膨胀系数227

表10—22　常用保温材料性能及规格228

表10—23 几种常用材料的吸声系数230

八、气象、地理资料231

（一）空气的湿度231

1．绝对湿度231

2．相对湿度231

表10—24　空气相对湿度表232

3．露点235

4．饱和水蒸汽的压力和密度235

表10—25　饱和水蒸汽的压力和密度表236

（二）大气压力、温度与海拔高度的关系237

表10—26　大气压力、温度与海拔高度的关系表237

九、各城市的气象参数238

表10—27　各城市的气象参数238

十、标准大气表239

表10—28　标准大气表239