计算换热器的热阻
Figure 1: shows a typical liquid cooling loop, consisting of a cold plate (CP), pump, and heat exchanger (HX) connected by hoses or tubing. Since the components are part of a system, it is important to select them together to ensure proper component sizing for your application. Manufacturers typically provide performance data for cold plates and heat exchangers individually, with cold plate performance in thermal resistance and heat exchanger performance in thermal capacity.
So how do you select the optimal heat exchanger and cold plate for the complete system? It is easier than you might think, since the equations needed to determine the right cold plate and heat exchanger combination reduce to a very simple format:
为了得到此公式，第一步是计算冷板热阻θCP，其定义为最大所需表面温度TS, MAX和流体出口温度TH之差除以均匀分布在整个冷板表面上的热负荷Q：
与之类似，换热器热容量CHX定义为热负荷Q除以两种进液之间的温差TH -TAIR，具体公式如下：
热容量还等于热阻的倒数：
假设泵的运行不会增加热量，或者冷板和换热器之间的连接软管或管道不会造成热损耗（由于这些值通常很小），那么将公式(2)、(3)和(4)合并，可以得到下面的简化公式：
由于液体温度已从公式中去除，因此热过程流体温度TH也消失不见，这样就不必计算液体的流速和热容量。只剩下必要的冷板表面温度以及冷却换热器的环境空气温度，其性能完全由冷板和换热器的热阻来表征。因此，我们不再需要分析系统的各个组件，而只需确定整个系统的热阻即可。注意，流量的影响并未从结果中排除，因为它已经包含在热阻值中。
客户希望使用12"（30.48 cm）冷板（板侧）CP12从12"x5"（30.48 cm x 12.70 cm）的电子设备中排出1200 W的热量。冷却剂为1 gpm（3.785 LPM）的水，室温为20°C。客户希望使用最小的换热器来排出这台设备产生的1200 W热量，同时使最高表面温度保持在80°C。
Step 1:
First we determine system thermal resistance, θSYSTEM:
Step 2:
Any combination of cold plates and heat exchangers that provide a thermal resistance less than or equal to the total system requirement will work. In other words:
Step 3:
Table 1 shows the resistance and flow rates of the CP12 cold plate and two different heat exchanger/fan combinations:
| 流速（gpm） | θCP (CP12) (°C/W) | θHX (6110 w/Kona fan) (°C/W) | θHX (6210 w/Marin Fan) (°C/W) |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 0.013 | 0.049 | 0.019 |
| 1.0 | 0.009 | 0.046 | 0.017 |
| 1.5 | 0.007 | 0.044 | 0.016 |
| 1.5 | 0.007 | 0.044 | 0.016 |
| 2.0 | 0.006 | 0.042 | 0.016 |
将系统看作一个整体的情况下，我们开始考虑各个组件之间的取舍，包括流速如何影响换热器的选择。在低流速下，冷板热阻增大。这需要更大热容量的较大换热器，因此需要更低的热阻。在较高的流速下，可以使用较小的换热器。
液体-空气换热器和冷板通常在流体回路中结合使用，因此务必要了解如何同时选择组件来优化系统性能。有了准确的规格和简化的公式，就可以相对简单地选择液体冷却回路中的组件。此外，通过选择同一热供应商供应的组件，您可以充分利用以类似方式测试的组件，这些组件更可能作为一个系统高效工作。
机柜冷却热计算
如何计算机柜或机壳的所需热阻
换热器制造商通常将热性能数据表示为热负荷、进气及水流速函数。该函数适用于风冷却水的换热器，因为您只需代入热负荷、空气温度和液体温度，即可确定设备是否可提供足够的热性能。
机柜冷却设备采用相反配置的换热器 - 冷水在液体回路中流动，来自机柜的热空气在通过换热器翅片时得以冷却。在机柜冷却应用中，您通常需要知道空气进入机柜时的温度以及在机柜中可以达到的最高温度。这两个参数均无法从换热器性能曲线中直接读取。
空气温度变化的常用计算方式为使用质量流率计算。
这种方法耗时且易出错。
为了避免这些计算，Boyd 开发了图表来快速估计各种热负荷下常见传热介质的温升。图表适用于空气、水、油和 30/70 乙二醇-水 （EGW）。要计算温度变化，只需选择合适的图表，查找您的流速和热负荷，然后读出温度变化。在我们的技术库中的热参考下，您可以查看 pdf 或我们的温度变化图表。
与产品性能曲线结合使用时，可快捷简便地计算出进入机柜的冷空气的温度以及机柜中空气的最高温度。
机柜冷却计算示例
您正在评估用于电子机柜冷却的配备Ostro风扇的6310换热器。进入换热器的水温为20°C，流速为1 gpm。热负荷Q为2400W。
进入机柜的冷却空气的温度是多少（即离开换热器的空气的温度）及机柜中空气的最高温度是多少（即进入换热器的暖空气的温度）？
首先查看目录中6310的性能曲线。您可以看到在水流速度为1 gpm及Ostro风扇供气流量约为250 cfm的条件下，其性能为80W/°C。
因为我们知道Q为2400W，Q/ITD为80°C/W，我们可以计算初始换热温差（ITD）。
ITD = 2400W ÷ 80°C/W = 30°C
我们还知道进水温度为20°C。因此，我们可以计算进气温度：
进气温度 = 20°C + 30°C = 50°C。
确定出气温度，我们使用带参数250 CFM和2400 W的气流图表。
我们发现温度变化约为17°C。出气温度为50°C - 17°C = 33°C。
我们知道配备Ostro风扇的该换热器会将空气冷却到33°C，而机柜中的最高空气温度可达50°C。
要确定出水温度，使用水流图表。
在1 gpm和2400 W条件下，此图表明温度变化约为 9°C。因此，出水温度为20°C + 9°C = 29°C。
空气、水、油和EGW图表提供可下载PDF格式。它们有助于确定换热器和冷板的尺寸，并计算其他各种温度变化。
