中华人民共和国电子行业军用标准
军用电子设备热设计指南
Guide of thermal design for military electronicequipment.
1范围
1.1主题内容
本标准提供了军用电子设备在研制和设计阶段的热设计与热性能评价的要求和方法.
1.2适用范围
本标准适用于陆、海、空军用电子设备的热设计、热分析和热性能评价.也适用于电子元器件的热设计与热分析.
2引用文件
GB/T 12992--91 电子设备强迫风冷热特性测试方法GB/T 12993-91 电子设备热性能评定GB/T 14278--93 电子设备热设计术语GJB 299--87 电子设备可靠性预计手册
3定义
本标准采用GB/T14278的术语定义.
4-般要求
4.1电子设备的热环境
a. 冷却剂的种类、温度、湿度、压力和流速；b. 设备的表面温度、形状与黑度；
c.电子元器件或设备周围的传热路径.
4.1.1电子设备热设计时，应了解的工作环境条件包括：
4.1.2地面用电子设备的热环境包括：设备周围空气的温度、湿度、气压和空气流速，设备周围物体的形状和黑度，日光照射等.
4.1.3舰船用电子设备的热环境包括：设备周围的空气温度、湿度、气压和流速、淡水冷却剂(使用时)的温度，盐雾及日光照射等.
4.1.4机载电子设备的热环境包括：飞行高度、飞行速度、设备在飞机上的安装位置、有无空调、空调空气的温度和速度等.
4.2电子设备热设计基础
4.2.1导热
导热换热的热流量按式（1)计算：
式中：-导热热流量，W；
△t--温差，C；
R-导热热阻，C/W.
导热热阻按式（2）计算：
(2)
式中：0--导热路径长度，m；
入--材料导热系数，W/（mC）；
A一与导热热流方向垂直的截面积，m².
4.2.2对流换热
4.2.2.1对流换热的热流量按式（3)计算：
式中：p-对流换热的热流量，W；
he---对流换热系数，W/(m²C)；
A-对流换热面积，m²；
a. 按式(3)计算自然对流换热的热流量时，其换热系数按式(4)计算：
式中：he自然对流换热系数，W/（m²C）；
入一冷却介质的导热系数，W/(mC）；D-特征尺寸(按表1取) m;c、n系数(由表1查)，无量纲；Pr-.. 普朗特数，无量纲；Gr-一格拉晓夫数，无量纲，按式（5）计算：
式中：β--体积膨胀系数，C-1
t--温差，C；D--特征尺寸（按表1取），m；u---运动粘度，m²/s.
g"-重力加速度 m/s²;
表1式(4)中的C和n值
表面形状与位置 GrPr C n 流态 特征尺寸竖直平板与 10i~10° 0.59 1/4 层 流竖直圆柱 10~10 0.10 1/3 素 流 高度横放圆柱 10′~10* 0.53 1/4 层 流 外直径水平板10~2×10² 0.54 1/4 层 流 正方形取边长；(热面向下) 2×10~3×100 0.14 1/3 亲 流 长×宽水平板“ 3×10~3×100 0.27 1/4 层流 狭长条取短边；（热面向下） 圆盘取0.9d
b.按式（3)计算强迫对流换热的热流量时，其换热系数的计算公式见表2.定性温度取流体平均温度，特征尺寸按表2取，表中雷诺数Re按式（6)计算；
式中：V-冷却介质的流速，m/s；
D--- 特征尺寸（按表2取），m；
U冷却介质的运动粘度，m²/s.
表2强迫对流换热系数计算公式
换热面形状 Re 流态 h.计算公式 特征尺寸10 流 h.=0.023- 当量直径Reo.s沿平板(或平 10" 流 长度h=0.032
注：x--流体导热系数，W/（mC）；1-管道长度，m；一流体动力粘度，pas.
4.2.2.2对流换热热阻按式(7)计算：
式中：h-对流换热系数，W/(m²C）.
A-对流换热面积，m².
4.2.3辐射换热
辐射换热的热流量按式（8)计算：
...(8)
式中：-辐射换热热流量，W；
Ex-系统黑度，无量纲，可按式(9)计算；.
F12一一物体1与物体2之间的角系数，无量纲；
A--辐射换热面积，m²；
热表面的绝对温度，K；
T2-冷表面（或空气）的绝对温度，K.
式中：一一热表面的黑度，无量纲；
-冷表面的黑度，无量纲.
4.3热电模拟
电子设备的热分析可采用热电模拟的方法.将热流量（功耗）模拟为电流I；温差△t模拟为电位差U；热阻R.模拟为电阻R；热导G.模拟为电导G；热容模拟为电容C.
利用热电等效原理，可以解决稳态和瞬态的热分析问题.
4.4热可靠性要求
电子设备热设计应使其在预期的热环境中，元器件的温度控制在可靠性要求的温度范围内，保证设备正常可靠工作.元器件失效率与温度之间的关系应按GJB299的规定计算.
4.5冷却方法的选择
应根据发热功耗，环境温度、允许工作温度、可靠性要求，以及尺寸，重量，冷却所需功率，经济性和安全性等因素，选择最简单，最有效的冷却方法.可供选择的冷却方法包括：
a．传导冷却；b. 自然冷却(导热、自然对流和辐射)；c. 强迫空气冷却；d. 强迫液体冷却；e. 蒸发冷却；f. 其它冷却技术.
4.6热安装要求
4.6.1电子元器件的热安装要求包括：
a. 应提供一条低热阻传热路径，保证元器件的热流量能有效地传至热沉；b. 元器件的排列应有利于导热、对流和辐射换热；c. 元器件的排列对流体流动的阻力应最小；d. 元器件的排列应按其耐热程度，分区排列；e. 元器件安装时，应尽量减小其安装热阻.
4.6.2电子设备的热安装要求包括：
a.电子设备的热安装应有利于设备与周围环境的换热，保证设备能在预期的热环境中正常工作；
b.设备的热安装应考虑维修性、可达性和安全性的要求.
4.7其它要求
电子设备的热设计应与电路设计及结构设计同时进行.
5详细要求
5.1自然冷却设计要求
5.1.1应最大限度地利用导热、自然对流和辐射等简单、可靠的冷却技术.
5.1.2应尽可能地缩短传热路径，增大换热（或导热）面积
5.1.3应尽量减小元器件安装界面的热阻.元器件的排列与安装应有利于流体的对流换热.
件应采取热屏蔽措施.
5.1.5印制板组装件应有适当的导热措施，如采用导热印制板（导热条、导热板、金属夹芯或热管印制板）.印制板导轨应采用热阻小的导轨，如U形导轨或楔形导轨等.
5.1.6应控制印制板组装件之间的间距，一般可控制在19至21mm之间.
5.1.7应增大自然冷却机箱表面的黑度，以增强辐射换热能力.
5.1.8非密封式机箱的通风孔既应满足散热要求，又应满足电磁兼容和安全的要求.应防止气流短路.
5.2强迫空气冷却设计要求
5.2.1用于冷却电子设备内部元器件的空气必须经过过滤.强迫空气流动方向与自然对流空气流动方向应尽可能一致.
5.2.2冷却空气首先应冷却对热敏感的元器件及工作温度低的元器件.应保证空气有足够的热容量将元器件维持在工作温度范围内.
5.2.3入口空气温度与出口空气温度之温差一般不超过14℃.
5.2.4为防止气流短路，冷却空气的入口与出口位置应远离.
5.2.5未经允许，通风孔不得开在机箱的顶部.
5.2.6工作在湿热环境的风冷电子设备，应避免潮湿空气与元器件直接接触.可采用空芯印制板组装件结构.
5.2.7应尽量减小强迫空气冷却系统的气流噪音和通风机的噪声.
5.2.8通风机的选择应满足风量和风压的要求，当其中某一项不能满足要求时，可采用通风机的串联（增加风压）或并联（增大风量）.无十分必要时，应尽可能避免串联使用.
5.2.9应尽量减小阻力损失.
5.2.10为保证通风系统安全可靠地工作，应在冷却系统中安装控制保护装置（如流量、压力、温度开关等）.
5.2.11通风孔应满足电磁兼容性及安全性的要求.
5.2.12大型机柜强迫风冷时，应尽量避免机柜缝隙漏风.
5.2.13整机通风系统的通风量可按热平衡方程进行计算：
式中：一需冷却的热流量，W；
C--定压比热，J/(kg‘C);
