1。2。2  各国的研究现状

1。3  平流层飞艇设备舱热设计研究现状

1。4  电子设备冷却技术的发展及冷却方式介绍

1。4。1  电子设备冷却技术的发展

电子设备冷却技术大致经历了以下几个发展的时期：

（1）19世纪末20世纪初，相关人员对于大功率真空管的空气冷却和液体冷却技术进行了研究[10]。

（2）1942年，Elebaas研究了不同的肋片组合对散热性能的效率的影响，并首次创建了自然对流换热的优化技术。

（3）20世纪中叶，半导体诞生，半导体晶体管的密度和性能飞速提高，几乎每隔18个月就翻1倍，基本上按照Moore定律的预测趋势在发展[11]。同时，这一时期封装电子技术得到了快速地发展，芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高，使得芯片的热流密度迅速升高。电子设备工作时，除了发射出少量功率以外，70%～ 90%的输入功率都转变成了热量[12]。为了解决这一问题，人们通过了解传统冷却技术存在的缺点并改进这些缺点，新的电子冷却技术得以被开发出来了，比如热管、冷板以及强化流动等先进的冷却理论和技术，这些技术和理念很快地被人们很好地了解和接受[14]。

（4）进入21世纪，电子集成技术兴起，电子设备向小型化和集成化方向发展；另外，随着微电子技术的发展，电子设备的的频率和运算速度不断提高，从而导致单位容积电子元器件的发热量陡增，如果不进行有效的散热将对电子元件的性能产生严重的影响，甚至导致设备损坏。

（5）许多种类的元件器件或材料对于不同的环境变化有着各种各样的敏感度，其中最主要的是温度不断变化带来的影响。通常元器件或材料一般都有一定的工作温度范围，如果超出这个范围就会影响到其工作性能。比如电解电容器温度每上升10℃，其寿命会降低一半;温度每下降10℃，其寿命会延长一倍[15]。研究表明，超过55%的电子设备的失效形式是由温度过高引起的[16]，芯片热流密度的不断升高对电子器件热可靠性和热设计提出了更高的要求。电子设备的散热问题已成为制约电子工业发展的瓶颈，现有的电子设备冷却技术已经远远不能满足电子技术微型化、集成化的变化形势。这就对人们在电子设备冷却技术方面的开发提出了更高的要求。

1。4。2  电子设备冷却方式介绍

目前，较为成熟的电子设备冷却方式有：空气自然对流、强迫空气对流、液体冷却、相变冷却、热电冷却和热管冷却等[17]。

(1) 空气自然对流

空气自然对流是利用空气密度随温度变化而产生的流体循环过程来带走热量的冷却方式。它主要通过对流换热、热传递、热辐射的方式来进行换热。这种方法在温差比较很大情况下或者没有流通障碍影响的时候效果是非常明显的。

(2) 强迫空气对流

强迫空气对流主要是通过风机的风扇转动加速来提高冷却空气的流速，从而达到高效冷却的目的。对于有大功率集中的电子设备或者是功率密集程度比较高的组装部件的电子设备，并且自然对流散热往往不能满足其散热要求的时候大多采用的是强制空气冷却技术以实现电子设备的散热及其冷却达到一定要求。

(3) 液体冷却方式

液体冷却包括直接液体冷却和间接液体冷却。其中，直接液体冷却又分为三种：浸没、无搅动、无蒸发；浸没、有搅动、有蒸发；强迫液冷（系统主要包括泵、热交换器、流体、通道）。间接液体冷却主要是冷板冷却。冷板是一种单流体热交换器，主要通过水、空气或者其他的冷却剂在流体通道中强迫对流换热来带走电子设备元件产生的热量。从冷板的基本结构可以看出，冷板具有较大的换热面积，流体通道的当量直径较小，换热系数较高，一般在15。5W/m2～45×103W/m2。这种冷却技术有巨大优点，能满足一些电子设备的苛刻要求，因此被广泛应用在高热流密度的电子设备的冷却中。