1. 概述
    随着电子元件功率密度的增加，常规的风冷已经无法满足散热要求。在电动汽车行业，IGBT的发热密度非常高，高达100W/cm2，必须使用水冷散热。然而，大部分电动汽车相关企业并不具备专业的热设计工程师，对水冷板的设计是结构工程师“凭感觉”进行的。
2. 现状
    目前，大部分电动汽车企业，设计水冷版的套路是打样->测试->再打样->再测试，反复改进。这样做的缺点很明显： １.打样费用比较高。一般打样是通过机加制作样品，单件样品的费用在１万元以上； ２.周期比较长，制作一个样品，通常需要3周的时间； ３.优化方向不明朗。测试结果只能给出“好”或者“不好＂,并不能给出改进的方向。因此测试改进只是“凭感觉”地去更改； 4.测试过程比较复杂。热源的功率、供水的流量、温度，都很难做到精确的控制，测试结果的可信度值得商榷。
3. 问题总结
    比较可靠省时的水冷板设计方法，一般由专业的热设计工程师，结合热仿真的结果，逐步对冷板进行改进设计。优选后的结果，一般一次测试成功率大于90%，能大大节省企业的产品开发费用和开发周期。笔者在为几十家客户设计优化水冷板的过程中，接触了很多“半路出家”的冷板设计者，大部分是结构工程师，发现他们是在“凭感觉”进行设计，而他们的感觉，很多是错误的。本文以一个实际模型为例，通过不同的仿真结果对常见的错误“感觉”总结如下文。 模型介绍：热源尺寸80x34mm，功率1500W，功率密度55.14W/cm2;冷板尺寸100x50x20mm,材料为铝材，导热率205W/m*k;冷却介质为80%的乙二醇溶液，密度1123kg/m3,导热率0.34W/m*K,粘度0.011kg/m*s,比热2888j/kg*K,入口温度为50℃,流量为12L/min.
错误观点一：只要水能全面覆盖热源，散热就是良好的。
模型一，将热源正下方全部掏空做成一个腔室，尺寸为80*40*16mm，距离热源安装面1mm，见图1, 仿真结果见图2，中心点的温度高达365.9℃;通过剖面图图3可以看出，该腔式冷板内部液体的流速很低，只是局部流速大于1m/s，大部分区域远远小于0.5m/s。所以，尽管流体全面覆盖了热源，但是温度却很高。

错误观点二：水的流速越快越好
    对于多少有一些传热学知识的工程师来说，知道流速加快能增加对流换热系数，所以认为水的流速越快越好。模型二（图4），在模型一的基础上，将腔室厚度降低为6mm并且内设置流道，流道宽度2mm，间距2mm，总流量不变， 与模型1相比，流通截面的面积由640mm2降低为120mm，则平均流速增加到5.3倍。我们通过两个模型对比（模型二与模型三）来揭示这个结论的可靠性。 仿真结果发现，确实温度大幅度降低了（图5）。似乎印证了水的流速越快越好。     然而，我们进一步修改模型二得到模型三（图6），在流道的宽度和间距不变的情况下，将流道的深度增加到16mm，流道截面积由120mm2增加为320mm2，则流速降低为模型二的0.375倍。仿真结果如图7，可以看出，温度结果比模型二相比并没有因为流速的降低而变高，反倒是降低了4℃。因此，单纯的以追求高流速也未必可信。

    
错误观点三：与流体的接触面积越大越好
    很多工程师认为，为了将热量尽快的传递到冷却液中，尽量增加流道的表面积以加强换热。我们用新的模型四与模型三座比对。在模型三的基础上，将流道的宽度降低为1mm，间距增加为3mm，流道总的数量没变，而流道的宽度却变成了一半，形成了模型四，见图8。与模型三相比，流道与流体的接触面积减小了。然而，仿真结果（图9）显示，模型四的温度却降低了5℃。

    

4. 总结
    对流换热是一个及其复杂的过程。前文所批驳的3个观点，是很多都是课本上所说的增加对流换热系数的手段，诸如“增加流速、增大换热面积”等，从课本的角度而言，其实都是正确的观点。但是，做产品、工程问题，与在实验室、大学中做学问有着很大的区别。工程问题要考虑实际应用，要考虑综合效果。而不是像课本一样，假设其他因素不变的情况下“增大换热面积”“增大流速”等手段有利于换热。工程问题中这些手段是不能孤立于整个系统来单独考虑一个方面，对其进行过度夸大。对于冷板换热性能的优化过程，必须通过热仿真，有指导的进行。同时，务必请专业的热设计人员进行，以免错误的仿真结果误导设计。我们曾遇到过一个客户，结构工程师自学了Icepak进行了热仿真，仿真结果显示其设计的冷板能满足性能要求，就直接开模具。然而最后生产时却发现性能过不了，损失了几十万的模具费用，产品延期发货，对公司的信誉、口碑造成了很大的影响。