郭建平， 趙亮， 任召， 楊明明

（航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安710068）

0 引 言

凝露是指水蒸氣在溫度低于周圍空氣露點(diǎn)的表面凝結(jié)的現(xiàn)象[1]，凝露會(huì)使水蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)水。相對(duì)濕度是指空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比；空氣濕度是指空氣潮濕的程度，可用相對(duì)濕度來表示；露點(diǎn)溫度是指含有水蒸氣的空氣的飽和溫度。濕度、溫度和露點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)溫度

從表中可以得出以下結(jié)論：1）相對(duì)濕度是影響凝露的重要因素，在環(huán)境溫度相同的情況下，相對(duì)濕度越高，露點(diǎn)溫度越接近環(huán)境溫度；2）不管環(huán)境溫度及相對(duì)濕度條件如何，露點(diǎn)溫度一定低于環(huán)境溫度。

液冷機(jī)載電子設(shè)備采用外部源冷-液冷冷卻方式進(jìn)行散熱，在實(shí)際使用中液冷溫度很可能低于環(huán)境溫度，因此具備產(chǎn)生凝露的條件。而機(jī)載電子設(shè)備中如果出現(xiàn)凝露，則有可能導(dǎo)致電路短路，從而引發(fā)故障或事故，因此有必要對(duì)機(jī)載電子設(shè)備產(chǎn)生凝露的條件進(jìn)行分析，以便有針對(duì)性地進(jìn)行防凝露或排水設(shè)計(jì)。

1 機(jī)載電子設(shè)備典型試驗(yàn)環(huán)境條件及凝露分析

1.1 典型環(huán)境條件

1）高溫試驗(yàn)。用于評(píng)價(jià)高溫條件對(duì)成品附件的安全性、完整性和性能的影響。考核成品附件在高溫環(huán)境下貯存和工作的適應(yīng)能力[2]。此類試驗(yàn)是產(chǎn)品在70℃條件下保溫一定時(shí)間，然后通液冷，產(chǎn)品加電工作。

2）低溫試驗(yàn)。用于評(píng)價(jià)低溫條件對(duì)成品附件的安全性、完整性和性能的影響?？己顺善犯郊诘蜏丨h(huán)境下貯存和工作的適應(yīng)能力[3]。此類試驗(yàn)是產(chǎn)品在-55 ℃條件下保溫一定時(shí)間，然后通液冷，產(chǎn)品加電工作。

3）溫度沖擊試驗(yàn)。用于考核成品附件在周圍大氣溫度急劇變化的環(huán)境下不產(chǎn)生物理損壞或性能下降的能力[4]。此類試驗(yàn)是環(huán)境溫度在-55 ℃和+70 ℃之間交變，產(chǎn)品通液冷并保持工作。

4）濕熱試驗(yàn)。用于考核成品附件耐濕熱大氣影響的能力[5]。濕熱試驗(yàn)升溫速率為0.25 ℃/min；降溫速率為0.125 ℃/min，產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)通液冷并工作。

5）調(diào)試環(huán)境。調(diào)試環(huán)境主要分為夏天和冬天，春天和秋天的環(huán)境條件介于兩者之間。夏天氣溫高，濕度大；冬天氣溫低，濕度低。

1.2 凝露分析

1）高溫試驗(yàn)。根據(jù)凝露原理，在這種情況下，如果液冷溫度比較低，機(jī)載電子設(shè)備溫度必然低于70 ℃，如果環(huán)境濕度較大，則會(huì)產(chǎn)生凝露；如果濕度較小，則不會(huì)產(chǎn)生凝露。

如果環(huán)境溫度為70 ℃，相對(duì)濕度為95%的情況下，機(jī)載電子設(shè)備溫度在69 ℃以下就會(huì)產(chǎn)生凝露；而相對(duì)濕度為33%的情況下，機(jī)載電子設(shè)備溫度在39 ℃以下才會(huì)產(chǎn)生凝露。

2）低溫試驗(yàn)。根據(jù)凝露原理，在這種情況下，如果液冷溫度在25 ℃左右，機(jī)載電子設(shè)備上溫度肯定高于環(huán)境溫度，產(chǎn)品上不會(huì)出現(xiàn)凝露。

3）溫度沖擊試驗(yàn)。根據(jù)凝露原理，在這種情況下，環(huán)境溫度從低溫變換到高溫過程中，由于熱慣性，機(jī)載電子設(shè)備上溫度沒有環(huán)境溫度變化快，因此，會(huì)產(chǎn)生凝露；而環(huán)境溫度從高溫變換到低溫過程中，由于熱慣性，機(jī)載電子設(shè)備上溫度沒有環(huán)境溫度變化快，因此溫度高于環(huán)境溫度，不會(huì)產(chǎn)生凝露。

環(huán)境溫度為30 ℃，相對(duì)濕度為93%的情況下，機(jī)載電子設(shè)備溫度在29 ℃以下的情況下會(huì)產(chǎn)生凝露。環(huán)境溫度為51 ℃，相對(duì)濕度為28%的情況下，機(jī)載電子設(shè)備溫度在20 ℃以下的情況下會(huì)產(chǎn)生凝露。

4）濕熱試驗(yàn)。如前所述，濕熱試驗(yàn)升溫速率為0.25℃/min，隨著環(huán)境溫度的慢慢增加，機(jī)載電子設(shè)備上溫度也在不斷增加，因此很難達(dá)到凝露的條件，不會(huì)產(chǎn)生凝露；在降溫階段，降溫速率為0.125 ℃/min，機(jī)載電子設(shè)備上溫度不會(huì)比環(huán)境溫度低，因此不會(huì)產(chǎn)生凝露。

5）調(diào)試環(huán)境。夏天環(huán)境溫度高，環(huán)境濕度大。當(dāng)液冷電子設(shè)備供液溫度為25 ℃時(shí)，只要環(huán)境溫度高于30 ℃且濕度大于73%時(shí)就會(huì)產(chǎn)生凝露。冬天環(huán)境溫度低，濕度低，當(dāng)液冷電子設(shè)備的供液溫度為25 ℃時(shí)，只要環(huán)境溫度不高于25 ℃，即使?jié)穸雀哂?0%也不會(huì)產(chǎn)生凝露。

1.3 關(guān)于液冷模塊的凝露

液冷模塊在工作中凝露與否與上述分析一致，需要說明的有以下幾點(diǎn)：

1）液冷模塊比較特殊，在工作過程中通冷卻液，這就決定了在工作中殼體溫度很可能會(huì)比環(huán)境溫度低，增加了凝露的可能性。

2）液冷模塊不是完全密封的，由于殼體內(nèi)部通過導(dǎo)熱墊與元器件接觸，模塊內(nèi)部溫度肯定高于模塊外壁溫度，因此液冷模塊一般是在殼體外壁上形成凝露。

3）凝露形成的條件是熱空氣遇到冷產(chǎn)品。在試驗(yàn)升溫時(shí)，熱空氣是不可能進(jìn)到安裝在機(jī)架內(nèi)部的模塊殼體內(nèi)部的，因此不具備凝露條件；而在實(shí)際使用時(shí)是先通冷卻液再對(duì)產(chǎn)品加電，因此模塊內(nèi)部的空氣是慢慢和產(chǎn)品一起變熱，最終達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，也不具備凝露形成的條件。另外，模塊內(nèi)部除去電路板、芯片等體積，剩下的體積約為0.002 m3，按模塊裝入機(jī)架內(nèi)的溫度為25 ℃計(jì)算，模塊內(nèi)空氣含水量為0.04 g，可以忽略不計(jì)。

2 高低溫箱試驗(yàn)中凝露分析

目前，國(guó)內(nèi)溫度試驗(yàn)箱仍然采用的是空調(diào)的制冷或加熱原理進(jìn)行降溫或者升溫，在此過程中箱內(nèi)箱外存在空氣交換，在一定濕度條件下，當(dāng)較高溫度的空氣接觸到較低的產(chǎn)品表面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生凝露。

溫度交變?cè)囼?yàn)中產(chǎn)品產(chǎn)生凝露的過程是：當(dāng)環(huán)境條件處于低溫升高溫時(shí)，箱中環(huán)境溫度逐漸升高，而產(chǎn)品溫度較環(huán)境溫度上升慢，在升溫初期階段，產(chǎn)品溫度和環(huán)境溫度相差越來越大，當(dāng)產(chǎn)品表面達(dá)到露點(diǎn)溫度后開始產(chǎn)生凝露。隨著產(chǎn)品溫度越來越高，逐漸高于露點(diǎn)溫度，凝露現(xiàn)象逐漸消失。如果產(chǎn)品密封，當(dāng)環(huán)境條件處于高溫降低溫時(shí)，產(chǎn)品外部溫度越來越低，而內(nèi)部降溫緩慢，逐漸使產(chǎn)品外殼與產(chǎn)品內(nèi)部環(huán)境之間形成了較大溫差，具備了凝露產(chǎn)生的條件，在產(chǎn)品內(nèi)壁形成凝露。若產(chǎn)品不密封，則產(chǎn)品內(nèi)外部溫度降低速度相差不大，溫差也不大，一般不會(huì)形成凝露。

3 關(guān)于凝露的量

當(dāng)產(chǎn)品表面產(chǎn)生一定的凝露后，產(chǎn)生的凝露將產(chǎn)品和空氣隔開，阻止了凝露的進(jìn)一步產(chǎn)生。因此，凝露產(chǎn)生的量一般是產(chǎn)品表面薄薄一層，在受重力作用后會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生少量凝露。

另一方面，試驗(yàn)箱或者設(shè)備艙內(nèi)一般處于一定的封閉狀態(tài)，因此空氣中的含水量是一定的，這也決定了凝露一般較少。

4 結(jié) 論

從以上分析可以看出，液冷機(jī)載電子設(shè)備凝露的產(chǎn)生和環(huán)境溫度、濕度及供液溫度都有緊密關(guān)系。為了避免凝露發(fā)生或減少凝露的危害，可以采取以下幾點(diǎn)措施：

1）在滿足散熱要求的前提下，提高液冷供液溫度可縮小電子設(shè)備與環(huán)境溫度的溫差，避免了凝露產(chǎn)生的必要條件，可以防止凝露產(chǎn)生。

2）由于液冷機(jī)載電子設(shè)備在實(shí)際使用中各種極端條件均可能會(huì)遇到，有可能提高了供液溫度后在極端條件下仍會(huì)產(chǎn)生凝露。所以一方面需要做好電路的“三防”，避免少量的凝露導(dǎo)致電路功能失效；另一方面需要在液冷機(jī)載電子設(shè)備里設(shè)計(jì)排水通道，將產(chǎn)生的凝露及時(shí)導(dǎo)出到電子設(shè)備外部，避免大量凝露聚集引起電子設(shè)備失效。