选择冷却液

第 1 步：应用数据

• 冷却液类型：水
• 所需热负载 (Q)：3,300 W (11,263 BTU/Hr)
• 进液温度 (Tliquid in)：80°C (176°F)
• 进风温度 (Tair in)：21°C (70°F)
• 冷却液流量：2 gpm (7.6 LPM)

第 2 步：选择热交换器产品系列

根据流体相容性，选择铝、铜或不锈钢材质的热交换器。铝管通常用于轻质油或乙二醇水溶液。铜管通常用于水。不锈钢管用于去离子水或腐蚀性流体。详细了解最适合液体冷却的各类流体。

第 3 步：计算初始温差

用进液温度减去进风温度，得到热交换器入口处的初始温差 (ITD)。

ITD = Tliquid in – Tair in = 80°C – 21°C = 59°C（或 176°F – 70°F = 106°F）

第 4 步：计算所需性能参数 (Q/ITD)

用所需热负载 (Q) 除以上述第 3 步得出的 ITD。

第 5 步：选择合适的热交换器型号

参考所选热交换器的热性能曲线图（铜热交换器——6000 系列和 OEM 盘管，不锈钢热交换器——Aspen 系列和 4000 系列，铝热交换器——ES 系列）。在 7.5 LPM (2 gpm) 流量条件下，任何超过 56 W/°C 的热交换器（采用标准风扇）均满足要求。如下图所示，6210 型热交换器在 60 Hz Marin 风扇曲线的交点处达到 56 W/°C，满足性能要求。

冷却空气特性

在机柜冷却应用中，空气温度高于冷却液温度。在这种情况下，ITD 是进入热交换器的高温空气与进入热交换器的低温冷却液之间的温差。需要根据热负载以及进入机柜的冷风温度计算温升。

例如: 机柜散热应用

您要为一台内部电子元件总发热量为 2400 瓦的机柜散热。机柜内部空气温度不得超过 55°C。应当选用哪种换热器？进入电子机柜的冷风温度为多少？

第 1 步：应用数据

冷却液类型：水

所需热负载 (Q)：2,400 W (8,189 BTU/Hr)

进液温度 (Tliquid in)：20°C (68°F)

机柜内部空气最高温度（Tair in）：55°C (131°F) — 这是进入热交换器的热空气温度
冷却液流量：2 gpm (7.6 LPM)

第 2 步：计算初始温差

用热交换器入口的进风温度减去进液温度。

ITD = Tair in – Tliquid in = 55°C – 20°C = 35°C（或 131°F – 68°F = 63°F）

第 3 步：计算所需性能参数 (Q/ITD)

用所需热负载 (Q) 除以上述第 2 步得出的 ITD。

第 4 步：选择合适的热交换器型号

参考所选热交换器的热性能曲线图（铜热交换器——6000 系列和 OEM 盘管，不锈钢热交换器——Aspen 系列和 4000 系列，铝热交换器——ES 系列）。在 2 gpm (7.6 lpm) 流量条件下，任何超过 68.6 W/°C 的热交换器（采用标准风扇）均满足要求。以水作为冷却液时，建议选用铜制热交换器。如下图所示，6310 型热交换器配备我们的 Ostro 风机时，Q/ITD 约为 76 W/°C，高于性能要求。

冷却液和空气的压降可按与前一示例相同的方法确定。

第 5 步：计算进入机柜的冷风温度

现在，请使用空气温度变化曲线图，计算进入机柜的冷风温度。在热负载为 2,400 W、流量为 250 CFM（标准 Ostro 风扇与 6310 配合使用时的推荐流量）的条件下，可以看出温度变化为 17°C。这表示进入机柜的冷风温度为：55°C – 17°C = 38°C

请注意：这些图表提供了一种简便的图形化方法：只要知道热负载和流量，无需计算即可估算流体温度变化。水、空气、50/50 乙二醇/水溶液和油的曲线图，可用于计算各种热交换器中空气和冷却液的温度变化。

第 6 步：计算出水温度

要确定出水温度，我们使用“水流量”曲线图，可查得温度变化约为 5°C。因此，出水温度为 20°C + 5°C = 25°C。

其他选型计算公式

已知流体流量与比热容，可使用通用传热公式计算热负载以及流体温变。

可使用以下公式计算水和空气的质量流量 ṁ：

技术资料库热管理参考指南中的温度变化曲线图，基于上述公式绘制了常见传热介质（空气、水、油和 50% 乙二醇水溶液）的曲线。如果已知热负载和流体流量，即可便捷查询 ΔT。

欢迎访问我们的热交换器页面，查看并对比各款产品及其性能参数。

添加热交换器时的风扇考量

在您的系统中集成热交换器

设计液冷回路时，需要关注匹配风扇和热交换器，以及将组件安装到系统中等多个考量因素。本应用笔记讲解了静压室、气流流向、体积流量、质量流量等要素如何影响风扇选型和系统集成。

静压室

静压室将风扇与换热器翅片隔开，确保空气均匀分布在热交换器的整个迎风面上。

风机距离换热器过近，热交换器的有效工作面积会被压缩至和风扇盘面大致相等（图 1）。气流实际流通面积变小，会造成空气侧压降升高，风量下降。有效热交换器面积缩小叠加风量降低，导致整体传热能力下降。

风扇与热交换器保持合适距离（见图 2），风扇会推动空气流过热交换器的整个翅片区域。气流扩散到更大面积，压降减小，流量提高，热性能得到改善。

为了获得热交换器的最佳性能，风扇、静压室与热交换器之间的连接处必须密封无漏气，保证空气全部通过热交换器。

伊顿的大多数标准热交换器都配有一体式风扇安装板和静压室，已设定两者之间的最优间距，可实现良好的气流。这有助于在将热交换器集成到您的系统中时提升性能。

风扇布置

风扇布置需考虑性能、风扇寿命、噪音等多重条件。

性能

在外部无气流约束的条件下，面对相同风阻，风扇吹风模式或者吸风模式输送的风量相同。因此，如果只是在开放空间给热交换器装配风扇，吹风与吸风模式的热交换器性能差异很小。风扇向热交换器吹风时，风扇发热会让进入热交换器的空气温度小幅升高，导致性能略有下降。在大多数情况下，这种影响微不足道。

但在机柜冷却等气流通道受限的应用中，两种风向的风阻条件不同，会产生性能差异。此类场景需要根据具体情况逐一评估。

风扇寿命

与所有电气设备一样，风扇电机所处环境温度越低，使用寿命越长。在 60°C 空气中运行的风扇寿命，相比 20°C 运行条件，可能缩短多达 55%。如果是为液体散热，最好在热交换器中采用吹风模式，让低温空气流经风扇电机。相反，如果是为空气散热，在热交换器中采用吸风模式，有利于提升风扇寿命与性能。

噪音

将风扇安装在热交换器远离操作人员一侧，使排风方向远离操作人员，可实现最安静的运行。其他可能影响风扇噪音水平的因素包括总气流量、叶片尺寸和设计，以及风扇的运行转速。大尺寸、低转速的风扇通常比小尺寸、高转速的风扇更安静。

体积流量与质量流量

冷却容量取决于质量流量。风扇提供恒定的体积流量，而非恒定的质量流量。质量流量和体积流量通过空气密度关联。空气密度越大，质量流量越高，热交换器的热性能越好。

空气密度由压力和温度决定。在温度为 59°F、压力为 14.7 psia 的条件下，空气密度为 0.076 lb/ft³。温度升高或压力降低会导致密度降低。在高温和高海拔条件下运行时，需要更大的体积流量来补偿密度下降带来的影响。

例如，我们配备 Marin 风扇的 6210 热交换器，空气流量为 225 cfm。在 59°F 和 14.7 psia 压力下，这相当于质量流量为 17.1 lb/min。然而，在 20,000 ft 的海拔高度下，质量流量不到该数值的一半。图 3 显示了质量流量随海拔和温度的变化情况。

图 3：配置 Marin 风扇的 6210 热交换器，在不同温度和海拔下的体积流量与质量流量关系。

结论

通常，将热交换器和风扇安装到您的系统中时，您应：

• 使用静压室实现空气均匀分布，从而获得最优性能
• 结合系统配置、噪音要求和风扇寿命，确定选用热交换器的吹风模式还是吸风模式。
• 如果是在高温或高海拔条件下运行，请考虑空气密度因素，以确保所选风扇满足需求。

欢迎查看我们的液冷热交换器、空对空热交换器或轴流风扇相关解决方案。