CN110008547A - 一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传热分析技术领域，具体涉及一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法。所述方法针对现有海洋设备密闭耐压舱体，结合大功率电源模块的散热情况，进行耐压舱内部热传递情况的分析建模，用来分析耐压舱在密闭环境下的热量传递情况，能够分析获得直流电源模块产生的热量对采集舱内直流电源以及舱内不同位置处温度的影响。

Description

一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法

技术领域

本发明属于传热分析技术领域，具体涉及一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法。

背景技术

目前，海底观测网络已经成为人类认识海洋、研究海洋的重要手段。作为海洋观测的重要手段，海底观测网络能长期、实时、连续的获取所观测海区海洋环境信息，对于海洋减灾防灾、海洋生态***保护、海洋权益维护、海上航运和国防安全等具有重大战略意义。

数据采集舱是海底观测网的重要组成部分，是传感器和接驳盒连接的中继。由于在海水中要承受巨大压力，数据采集舱一般为圆柱形结构，尺寸小，舱内安装有众多不同功能的电子器件，负责为各类传感器提供能源和数据通信链路。舱内直流电源模块功率大，发热严重，在密闭舱体内散热效率低导致电源模块的可靠性和使用寿命降低；同时还导致舱内温度升高，影响其他电子器件的测量精度、工作可靠性和使用寿命。因此，数据采集舱的大功率直流电源模块的散热成为影响***长期运行可靠性的关键。

现有技术中，对于密闭水下耐压舱体，没有成熟的舱内热传递分析模型。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，能够分析所述直流电源模块产生的热量对采集舱内直流电源以及舱内不同位置处温度的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，用于分析数据采集舱内直流电源模块产生的热量在舱内的热量传递及温度分布情况；所述方法包括：

在舱体两端密闭情况下，将舱内电路板的传热模型简化为：舱内包括一长度为l的衬板，衬板的两端分别与温度为t₁的直流电源模块以及与温度为t₂的舱外环境接触，衬板表面与舱内温度为t_f的空气对流换热；以所述直流电源模块为坐标轴心建立坐标系，x表示舱内某一点远离直流电源模块这一热源位置的水平距离；

根据能量守恒定律，直流电源模块发出的热量φ₁：

φ₁＝φ₂+φ₃

其中，φ₂为直流电源模块传导的热量，φ₃为直流电源模块与空气对流传热的热量；

式中，t表示舱内x位置处对应的温度，λ为舱内印刷电路板的导热系数，b为直流电源模块宽度，δ为印刷电路板的厚度，h表示直流电源模块表面与空气的换热系数；

整理得：

代入边界条件：x∈[0,l]，推导微分方程，有：

通过该微分方程，计算在x轴方向上，距离直流电源模块距离为x处的点的温度t；

计算直流电源模块表面的温度变化量Δt：

q单位面积直流电源模块发热量，h为直流电源模块表面与空气的换热系数；

其中，φ为直流电源模块的发热功率，A为直流电源模块散热的表面积；

Nu_r为努塞尔数；l_r为直流电源模块短边长度；λ为内部印刷电路板的导热系数；

Nu_r＝B(Gr^* _cPr)^m，其中，Gr^* _c为格拉肖夫数，空气膨胀系数α取0.003；重力加速度g取9.8m/s²；λ为内部印刷电路板的导热系数；v表示运动黏度，q为单位面积直流电源模块发热量；B、m为常数；

根据Δt能够获得直流电源模块本身，即x＝0处的温度变化。

进一步地，当舱外环境温度t₂为标准室温25℃，直流电源模块尺寸为110mm×60mm时，在x方向上随着距离直流电源模块越远温度逐渐降低，计算获得直流电源模块的表面温度t₁为75℃，X方向距离直流电源模块0.5m处的温度为42℃。

进一步地，为保证数据采集舱能够长期可靠运行，以一般商业级电子器件的温度上限为基准，需要将舱内平均温度控制在45℃以下，根据所述传热分析方法，需要将舱内各种电子器件远离直流电源模块40cm以上。

一种水下数据采集舱直流电源模块的散热***，水下数据采集舱内的各直流电源模块焊接在同一块电路板上，以将热源集中；在数据采集舱舱壁和直流电源模块热源之间采用铝合金材质的散热器建立导热通路；所述散热器的底部和直流电源模块通过螺栓连接，所述散热器的顶部为与舱体内径相同的圆弧形；

散热器底部尺寸大于直流电源模块上部的尺寸，即所述散热器底部相对直流电源模块向外延伸，形成延伸部；所述散热器和衬板通过支撑导柱连接，所述支撑导柱的一端固定在所述衬板上，另一端穿过所述散热器底部两侧的延伸部的通孔，位于所述散热器和所述衬板之间的支撑导柱上套设有弹簧；

当有外力作用于散热器时，散热器在弹簧作用下沿着支撑导柱上下移动以调节散热器的高度，当撤去外力后，在弹簧推力作用下，散热器紧贴于数据采集舱的舱壁，以避免在装配时与舱体产生干涉，消除了因加工及装配误差等因素造成二者之间存在的空隙。

本发明的有益技术效果：

本发明所述方法针对现有海洋设备密闭耐压舱体独特的设计理念和应用场景，结合大功率电源模块的散热情况，进行耐压舱内部热传递情况的分析建模，用来分析耐压舱在密闭环境下的热量传递情况；实际应用时，能够以本发明提供的传热分析方法为基础，提出散热结构的优化设计方案，以及用于评估散热***的效果。

附图说明

图1为本发明实施例中密封舱传热模型坐标轴建立示意图；

图2为本发明实施例中密封舱内传热模型及理论计算结果；

图3为本发明实施例中第一种水下数据采集舱直流电源模块的散热***示意图；

图4为本发明实施例中第二种水下数据采集舱直流电源模块的散热***示意图；

图5为本发明实施例中在数据采集舱内加装散热器前后直流电源模块温度变化；

图6为本发明实施例中在数据采集舱内加装散热器前后舱内不同位置处的温度；

图7为本发明实施例中数据采集舱在海试期间舱内外温度；

图8为本发明实施例中数据采集舱在海试期间开机后直流电源模块温度稳定时间。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1所示，直流电源模块和各种电子器件密集安装在内径为Φ190mm的舱内两块衬板上，由于直流电源模块自身存在一定的阻抗以及在电压转换(48-12V/5V)时的损耗，在负载多、输出功率较大时，会产生大量的热量。为研究这些热量对直流电源模块以及舱内不同位置处温度的影响，根据传热学相关理论，本发明实施例提供一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，建立了舱内传热模型。

对舱内传热路径进行分析：

根据传热理论，热量的传递方式有：热传导、热对流和热辐射，对于本发明中直流电源模块的热传递方式以热传导和热对流为主，由于热源温度与环境温度处于同一数量级，可以忽略热辐射。传递路径简化为：热源—舱内导热介质—金属舱体—空气(海水)。

对舱内传热进行分析：

根据前期实验经验，直流电源模块尺寸为110mm×60mm，其发热功率约为2.4W。本发明提供的水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法中，由于直流电源模块并不与舱体和其他电子器件接触，发热时仅存在和空气自然对流传热，分析的前提，忽略周围电路板对空气流动的影响，环境温度为25℃。

在舱体两端密闭情况下，将舱内电路板的传热模型简化为：舱内包括一长度为l的衬板，衬板的两端分别与温度为t₁的直流电源模块以及与温度为t₂的舱外环境接触，衬板表面与舱内温度为t_f的空气对流换热；如图1所示，以直流电源模块为坐标轴心建立坐标系，x表示舱内某一点远离直流电源模块这一热源位置的水平距离；

具体地，记电源模块散发出的热量φ₁，有：

记发热电源模块传导的热量φ₂，有：

记发热模块与空气对流传热的热量φ₃，有：

φ₃＝bdxh(t-t_f)--------(3)

进一步地，根据能量守恒定律，可知：

φ₁＝φ₂+φ₃--------(4)

上述式中，λ为内部印刷电路板的导热系数，b为电源模块宽度，δ为印刷电路板的厚度。

根据上述四式，整理得，

代入边界条件：x∈[0,l]，推导微分方程，有：

通过该微分方程，计算在x方向上，距离直流电源模块距离为x处的点的温度t；

进一步，计算单位面积电源模块发热量q，有公式：

其中，φ为电源模块的发热功率，A为电源模块散热的表面积。

再依据格拉肖夫数Gr^* _c的计算公式，有

式中，空气膨胀系数α取0.003；重力加速度g取9.8m/s²；l_r电源模块短边长度取0.06m；λ为内部印刷电路板的导热系数；v表示运动黏度。

进一步计算努塞尔数Nu_r，其方程为：

Nu_r＝B(Gr^* _cPr)^m--------(9)

其中，Nu_r为努塞尔数；常数B、m的值根据Gr^* _c计算结果可取1.076与0.698；Pr为建模参数，可取0.698。

再计算流体对流热交换系数h，由如下公式：

其中，h为电源模块表面与空气的换热系数；Nu_r为努塞尔数；l_r为直流电源模块短边长度；l_r取值范围为0.05-0.2m，优选地，l_r取0.06m；λ为内部印刷电路板的导热系数。

最后，可求得电源模块表面的温度变化量，有：

其中，Δt为模块表面温度变化量，q为单位面积发热量；h表示电源模块表面与空气的换热系数。

根据Δt能够获得直流电源模块本身，即x＝0处的温度变化，具体为：若将密封舱内环境温度视为标准室温25℃，结合公式(7)～公式(11)的推导计算Δt，Δt＝t₁-t_f，通过公式(7)～(11)计算的温度差，实际上是确定了直流电源模块的发热使其表面温度提高的实际温度，有了这个变化量，结合测试开始之前的室温25℃，就可以应用到公式(6)推导的模型里面，确定发热状态下直流电源模块的温度t₁；进而得到此种情况下密封舱内热量传递及温度分布情况，如图2所示。

该方法公式推导和计算结果表明：

电源模块处温度可高达75℃，产生的热量使得舱内各处电子器件温度升高；在x方向上随着距离直流电源模块的越远其温度逐渐降低，但最低也达到了42℃。

单个半导体元件的温度每升高10℃，***可靠性将降低50％，超过55％的电子设备的失效是由于温度过高引起的。应用本发明的密封舱热量传递分析方法，能够对耐压密封舱内的发热器件和传热状态进行分析，进而以此为依据设置散热装置，确保***的安全稳定运行。根据推导计算结果可以看出，当远离电源模块40cm以后，才能使该处的电子器件处于较为有利的工作温度。

从以上研究可知，舱内发热器件主要是直流电源模块，由于空气导热系数很小，使得在热量传递过程中的热阻很大，阻碍了热量快速传递至外界环境中，造成舱内温度显著升高。

舱内电路板采用电子器件种类较多，其正常工作温度也不统一，为保证数据采集舱能够长期可靠运行，以一般商业级电子器件的温度上限为基准，需要采取相应的散热措施将舱内平均温度降至45℃以下。

目前，针对电子器件的散热方式有多种，根据冷源温度与环境温度的关系，可将各种冷却方法分为两大类即被动式制冷和主动式制冷。

被动式冷却是指冷源温度高于环境温度的电子元件散热方式，其特点在于芯片温度始终在环境温度以上，没有制冷机构。按冷却介质又分为空气冷却和被动液体冷却。

主动式冷却是冷源温度低于环境温度的一种散热方式，其特点在于一定包含用以获取较低温度的制冷机构，从而可以将芯片温度降至一个低于环境温度的水平上。它可以分为主动液体冷却、半导体冷却、微型制冷***冷却等。这种散热方式可以获得较低的芯片温度，有利于芯片性能的提高；但是它需要消耗更多的能量，可靠性也较低。

在已有的海洋装备散热研究中，将热量通过导热介质传导至舱体外壁，利用海水冷却是主要方式。美国ALVIN载人潜器将大功率器件联接到一个导热性能好的散热底座，底座联接到耐压密封舱体的端盖，利用海水进行散热。浙江大学研制的水下接驳盒采用舱内注入高导热系数的绝缘油，利用油液的流动将热量传递至耐压密封舱体表面，利用海水散热；充油方式，维修保养及换件复杂，不利于设备升级改造、扩展维护。

由于舱内体积有限，无法采用增加与电源模块的距离的方法，来减少电源模块发热对其他电子器件造成的影响。所以，选择合理的散热方式是保障数据采集舱长期可靠运行的必要条件。对于数据采集舱的散热结构设计主要遵循以下原则：

(1)散热方式与设备的热流密度相匹配，使设备能够降至目标温度；

(2)有效减少热源与散热介质之间的热阻；

(3)结构可靠，便于安装、维护；

(4)不妨碍其他设备工作等。

陆地上的电气设备散热方式多种多样，如风冷、水冷散热方式,或者是基于多孔微热沉技术的散热方式。但根据数据采集舱结构特点及使用环境，这些方法并不能直接套用。参考前文所述的电子器件散热方式，设计了以下几种散热方案：

方案1利用导热性能良好的材料将电源模块产生的热量通过热传导的方式传递至舱体外壁，利用海水散热；

方案2采用热管冷却，热管内的冷却液吸收了热量，通过液体流动将热量传导至舱体外壁，利用海水散热；

方案3采用舱体内充油的方式，将产生的热量传递至舱壁，再由海水将热量带走；

方案4采用半导体制冷片，利用半导体的珀尔帖效应对电源模块进行冷却。

结合数据采集舱内空间有限、电子器件多、排列紧密等特点，以及散热设计所遵循的原则对各方案进行了比较：

方案2虽然能够达到良好的散热效果，但热管结构复杂，加工难度大，不利于安装维护；方案3可以有效减少舱内导热热阻，但该方式使得数据采集舱的维护工作十分繁琐，且油液会加速器件老化，也不可行；方案4中半导体材料冷却效率很低，由于舱内空间有限，也无法通过大量安装制冷片解决该问题。

综上所述，采用方案1在电源模块表面与舱壁之间安装金属散热结构，将产生的热量通过热传导的方式传至舱体表面，减少热量在舱内通过空气对流的传递，而后通过流经舱体表面的海水将热量带走，从而达到对电源模块进行散热的目的。

根据确定的散热方案，如图3所示，本实施例提供第一种散热装置，具体结构包括：

(1)首先将各直流电源模块焊接在同一块电路板上，将热源集中；

(2)根据电源模块的热流密度，采用导热性能良好的铝合金材料在舱壁与热源之间建立导热通路；

(3)散热器底部与电源模块通过螺栓联接，即保证电源模块表面与散热器紧密贴合，又确保了散热器安装牢固可靠，拆卸方便。散热器顶部设计为与舱体内径相同的圆弧形，保证散热器紧贴于数据采集舱内壁，避免二者之间存在空气增加热阻。

(4)将散热器底部尺寸设计为与电路板上的电源模块大小一致，保证散热器既能完全覆盖热源，又不会干涉其他电子器件工作。

热阻传热计算：

根据传热过程中的热阻分析法计算安装散热器后电源表面的温度，其传热系数为：

其中，λ₁、λ₂铝合金肋片和钛合金舱壁的导热系数，h为外界流体和舱壁的换热系数。查询相关手册可得，λ₁＝107(W/m²·K)，λ₂＝22(W/m²·K)，当外界流体为空气时，h取经验值h＝13(W/m²·K)。δ₁、δ₂为铝合金肋片和舱壁的厚度，分别为0.04m、0.012m，A为有效散热表面积。根据热传导的热流量计算公式：

忽略金属表面在舱内与空气的对流换热，可以计算出利用此散热方式时电源模块表面的温度t＝53.3℃(外界温度t_f＝25℃)，由此可以看出，采用该散热方式能显著降低电源模块的温度。

存在问题分析：

在数据采集舱装配及实验过程中发现，散热器安装后无法与舱壁紧密贴合，相当于在导热路径中加入了导热热阻很大的空气，这会严重影响电源模块的散热功效。通过研究发现，造成该问题的主要原因是，内部固定衬板及散热器的加工、装配过程中存在一定的误差，导致二者之间存在缝隙。

为解决该问题，本发明提供第二种水下数据采集舱直流电源模块的散热***实施例，如图4所示，水下数据采集舱内的各直流电源模块焊接在同一块电路板上，以将热源集中；在数据采集舱舱壁和直流电源模块热源之间采用铝合金材质的散热器建立导热通路；所述散热器的底部和直流电源模块通过螺栓连接，所述散热器的顶部为与舱体内径相同的圆弧形；

散热器底部尺寸大于直流电源模块上部的尺寸，即所述散热器底部相对直流电源模块向外延伸，形成延伸部；所述散热器和衬板通过支撑导柱连接，所述支撑导柱的一端固定在所述衬板上，另一端穿过所述散热器底部两侧的延伸部的通孔，位于所述散热器和所述衬板之间的支撑导柱上套设有弹簧；

当有外力作用于散热器时，散热器在弹簧作用下沿着支撑导柱上下移动以调节散热器的高度，当撤去外力后，在弹簧推力作用下，散热器紧贴于数据采集舱的舱壁。

该散热***的工作方式：外力作用于散热器上压缩弹簧，使散热器沿导柱运动，以此任意调节散热器高度，撤去外力后，弹簧的弹力推动散热器紧贴于舱壁。该结构能够避免在装配时与舱体产生干涉，消除了因加工及装配误差等因素造成二者之间存在的空隙。

数据采集舱散热仿真分析：

对直流电源模块舱内传热分析：根据前文数据采集舱和电源模块相关参数建立舱内几何模型，利用Ansys Icepak软件进行仿真分析，对舱内安装的电路板进行简化替代，选择Turbulent模式进行仿真分析，仿真结果表明：

1)舱内空气在电源模块上面被加热后向舱内温度较低的位置流动，产生的热量传递给其他电子器件，其流速最高为0.14m/s。

2)流速较低导致单位时间内与舱壁交换的热量较少，大部分热量在舱内传递，其他电子器件的表面温度升高。

从理论分析和仿真都可以看出，电源模块处的温度最高达到了345K(72℃)，而其他位置的电子器件受其影响，温度大致分布在[340K(67℃),319K(46℃)]内，最低值为313K(40℃)，与之前理论计算的结果基本一致。

对舱内散热仿真分析：为对所采用散热方式的效果进行验证，将模型导入ANSYS中进行仿真分析，设定环境温度为25℃，舱体表面与空气的换热系数h₁＝10W/(m²·K)，舱内换热系数h₂＝5W/(m²·K)。

从仿真结果看出：模块表面温度降至47℃左右，舱内其他位置的温度也在35℃以下。说明该散热方式使电源模块产生的热量主要沿散热器传递至舱壁，降低了电源模块温度，舱内其他位置温度较高的情况有了明显改善。

舱内传热实验

在舱内距离电源模块不同位置处放置4组热敏电阻，将舱体密闭后与溶解氧等4组传感器连接，在实验室25℃无风环境中测量数据采集舱正常工作时的舱内温度，通过实验测量发现：

(1)直流电源模块在正常工作时，电源模块温度大约经过1个小时趋于稳定，其表面温度达到了69.3℃，与理论计算值相比低4℃左右，考虑到散热肋片表面仍与舱内空气存在对流换热，该结果在工程应用中属于可以接受的误差范围。

(2)通过图6可以看出，其余各点温度与计算和仿真结果虽然存在差异，但舱内不同位置的温度变化趋势与仿真结果基本一致，在距电源模块0.6米处的温度仍在45℃左右，必须采取有效的散热措施，降低温度过高对数据采集舱工作可靠性产生的影响。

散热***测试：将水下数据采集舱直流电源模块的散热***中的散热器安装在电源模块表面进行测试，其余实验条件同上，实验数据如图5-6所示。通过实验可以发现：

(1)在加装散热器(加装本实施例提供的第二种水下数据采集舱直流电源模块的散热***)后，电源模块表面温度值明显下降，其温度上升速率也明显下降，大约经过3.5个小时后其温度稳定维持在47℃左右；

(2)舱内其余各位置处温度较之前也明显大幅下降，基本稳定在35℃以下，完全能够实现将舱内温度控制在45℃以下的目标。

表明散热器能将电源模块产生的大部分热量传递至舱壁，有效抑制了热量在舱内通过自然对流的传导，减小了热量通过自然对流对其余电子器件的影响，说明了该散热方式完全能够满足在陆上空气中长期测试时密封舱体内的散热要求，有效减小了舱内温度过高对电子器件可靠性和寿命的影响。

数据采集舱海试：为检验数据采集舱在实际工作环境中的可靠性，数据采集舱及传感器在青岛近海海域进行3个月的海试，设备安放在近岸码头水下8米处，水温25℃。

通过公式(9)对电源模块温度进行估算，由于设备放置于海水中，热交换方式属于自然对流传热，查阅文献可知，在水中自然对流表面传热系数大致数值范围在200～1000左右，取h＝200进行测试，根据公式估算电源模块表面与外界海水温差将会在2.2℃左右。

通过传感器对电源模块和海水温度进行测量。经过3个月海试，得到温度测量数据34万多条，如图7-8所示。通过对舱内及舱外海水温度数据对比发现：

(1)海试期间电源模块与海水温度相比，较海水温度高0.2～2.4℃，平均值为1.48℃；

(2)电源模块温度在工作后约4.3小时后达到恒定。

考虑到海水温度、流速等因素随季节变化，海水的表面传热系数也会发生改变，实验结果表明：

(1)舱内外温度差与通过公式估算结果较为符合，该散热方式能够将电源模块产生的热量传递至舱壁，通过海水的对流传热，有效降低了电源模块及舱内温度，

(2)抑制了电源模块工作后短时间内温度急剧上升的趋势，降低了温度急剧变化对电源模块寿命的影响，提高了数据采集舱的可靠性。

结论：经理论分析和实验发现，在只存在自然对流换热的条件下，数据采集舱内直流电源模块工作时表面温度可达73.3℃，舱内其他电子器件温度也在50℃左右，将严重影响电子器件的可靠性和寿命；采用在电源模块表面加装铝合金散热器并使散热器紧贴舱壁的散热方法，能够降低电源模块表面的传热热阻，将大部分热量传递至舱壁表面，实验结果表明采用此种散热方式能够有效减少热量在舱内的传导，抑制了舱内温度的升高，有助于提高电子器件的可靠性和寿命，满足数据采集舱长期工作的散热需求。

水下数据采集舱中直流电源模块的散热性能，是影响其长期稳定运行的重要因素。根据传热学相关理论，本发明所述方法对数据采集舱内传热情况进行了分析，建立传热模型并对舱内各位置处的温度进行了计算。利用ANSYS Icepak对舱体内部热量传递过程进行了仿真分析，确定电源模块散热及舱内温度过高的影响因素。根据理论计算和分析结果，设计了水下数据采集舱直流电源模块的散热***使热量主要通过散热器传递至舱壁，抑制舱内温度升高。通过仿真分析以及实验测试表明，采用在该散热方式和结构，能够满足数据采集舱长期工作的散热需求。

Claims (4)

1.一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，其特征在于，用于分析数据采集舱内直流电源模块产生的热量在舱内的热量传递及温度分布情况；所述方法包括：

在舱体两端密闭情况下，将舱内电路板的传热模型简化为：舱内包括一长度为l的衬板，衬板的两端分别与温度为t₁的直流电源模块以及与温度为t₂的舱外环境接触，衬板表面与舱内温度为t_f的空气对流换热；以所述直流电源模块为坐标轴心建立坐标系，x表示舱内某一点远离直流电源模块这一热源位置的水平距离；

根据能量守恒定律，直流电源模块发出的热量φ₁：

φ₁＝φ₂+φ₃

其中，φ₂为直流电源模块传导的热量，φ₃为直流电源模块与空气对流传热的热量；

φ₃＝bdxh(t-t_f)；

式中，t表示舱内x位置处对应的温度，λ为舱内印刷电路板的导热系数，b为直流电源模块宽度，δ为印刷电路板的厚度，h表示直流电源模块表面与空气的换热系数；

整理得：

代入边界条件：x∈[0,l]，推导微分方程，有：

通过该微分方程，计算在x轴方向上，距离直流电源模块距离为x处的点的温度t；

计算直流电源模块表面的温度变化量Δt：

q单位面积直流电源模块发热量，h为直流电源模块表面与空气的换热系数；

其中，φ为直流电源模块的发热功率，A为直流电源模块散热的表面积；

Nu_r为努塞尔数；l_r为直流电源模块短边长度；λ为内部印刷电路板的导热系数；

Nu_r＝B(Gr^* _cPr)^m，其中，Gr^* _c为格拉肖夫数，α为空气膨胀系数；g为重力加速度；λ为内部印刷电路板的导热系数；v表示运动黏度，q为单位面积直流电源模块发热量；B、m为常数；

根据Δt能够获得直流电源模块本身，即x＝0处的温度变化。

2.根据权利要求1所述一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，其特征在于，当舱外环境温度t₂为标准室温25℃，直流电源模块尺寸为110mm×60mm时，在x方向上随着距离直流电源模块越远温度逐渐降低，计算获得直流电源模块的表面温度t₁为75℃，X方向距离直流电源模块0.5m处的温度为42℃。

3.根据权利要求2所述一种水下数据采集舱直流电源模块的传热分析方法，其特征在于，为保证数据采集舱能够长期可靠运行，以一般商业级电子器件的温度上限为基准，需要将舱内平均温度控制在45℃以下，根据所述传热分析方法，需要将舱内各种电子器件远离直流电源模块40cm以上。

4.一种水下数据采集舱直流电源模块的散热***，其特征在于，水下数据采集舱内的各直流电源模块焊接在同一块电路板上，以将热源集中；在数据采集舱舱壁和直流电源模块热源之间采用铝合金材质的散热器建立导热通路；所述散热器的底部和直流电源模块通过螺栓连接，所述散热器的顶部为与舱体内径相同的圆弧形；

散热器底部尺寸大于直流电源模块上部的尺寸，即所述散热器底部相对直流电源模块向外延伸，形成延伸部；所述散热器和衬板通过支撑导柱连接，所述支撑导柱的一端固定在所述衬板上，另一端穿过所述散热器底部两侧的延伸部的通孔，位于所述散热器和所述衬板之间的支撑导柱上套设有弹簧；

当有外力作用于散热器时，散热器在弹簧作用下沿着支撑导柱上下移动以调节散热器的高度，当撤去外力后，在弹簧推力作用下，散热器紧贴于数据采集舱的舱壁，以避免在装配时与舱体产生干涉，消除了因加工及装配误差等因素造成二者之间存在的空隙。