型材散热器热特性分析
收稿日期:2001209212
基金项目:国家部委科技预研基金资助项目(J161313)
作者简介:韩 宁(19712),男,讲师,西安电子科技大学博士研究生.
型材散热器热特性分析
韩 宁1,余墨娟2,赵 殳1,徐国华1
(11西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安 710071;21信息产业部电子第三研究所,北京 100015)
摘要:采用数值方法对型材散射器的三维流场及温度场进行了分析计算.对流项的离散采取了一阶迎风格式,用SIMPLEC 算法在交错网格上进行迭代计算.流场中气体和固体区域采用了整体求解方法.在此基础上,定量分析了结构因素对散热器热阻的影响.实验数据表明了该算法的有效性.关键词:散热器;热分析;数值方法
中图分类号:TK1; 文献标识码:A 文章编号:100122400(2002)0420551205
Thermal 2characteristicanalysisoftheplatefinheatsink
HAN Ning 1,YU Mo 2juan 2,ZHAO Dun 2shu 1,XU Guo 2hua 1
(1.SchoolofElectromechanicalEng.,XidianUniv.,Xi ′an 710071,China;
2.TheThirdResearchInst.ofMII,Beijing
100015,China )
Abstract: Thethree 2dimensionalvelocityfieldandtemperaturefieldoftheplatefinheatsinkarecalculatedby numericalmethods.Theupwinddifferenceschemeisusedtodealwiththediscretizationoftheconvection 2diffusion
term.Thepressure 2velocitycouplingistreatedwiththeSIMPLECalgorithmusingastaggeredgridsystem.Thesame
setofmomentumandenergyequationsaresolvedforthesolidandfluidregions.Therelationbetweenthermal resistancesandsinkstructureisnumericallyanalyzedonthisbasis.Finally,experimentalresultsshowthatthe algorithmiseffective.
KeyWords: platefinheatsink;thermalanalysis;numericalmethods
虽然型材散热器已有了相应的国家标准(GB742312287),但其中的自然对流和强迫风冷条件下的热阻关系曲线均为实验数据整理所得,与实际应用有一定误差.在散热器的数值热分析方面,Tuckerman 和Pease 在忽略了肋片中沿流体流动方向的导热后,建立了散热器准二维肋模型[1],Samalam 则获得了该模型的一个级数形式的精确解[2].Harpole 和Eninger 运用多孔介质流动中的Darcy 定律建立并求解了散热器二维传热模型[3].在国内,喻世平和辛明道对微通道结构的散热器进行了实验研究[4].上述二维或准二维模型在等壁温或等热流密度情况下能给出比较满意的计算结果,但当实际散热器不满足上述条件时,会引起较大误差.此外,如果不考虑固体肋片对流场的三维扰动作用,也会影响计算精度.笔者采用数值传热学的基本理论和方
法,直接对型材散热器的三维稳态流场和温度场进行了数值模拟,得出了一些有益的结论.
1 数值热分析原理
对于不可压缩流体,在三维欧拉空间中,取一任意形状的封闭体(称为控制容积),将质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律用于该控制容积后,可以得到微分型的流体流动控制方程:
连续方程 ?V =0 ,
(1)
2002年8月第29卷 第4期
西安电子科技大学学报(自然科学版)
JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY
Aug.2002
Vol.29 No.4
Navier 2Stokes 方程 d V /d t =f -(1/ρ
) p +μ 2V ,(2)能量方程 d e/d t =(k/ρ
) 2T +q k +(1/ρ)Φ ,(3)
式中f 为体积力,q k 为单位体积的辐射能,Φ为流体的粘性耗散能量,μ为流体粘度,k 为流体导热系数,ρ为流体密度.
对于低Re 数流动,需要考虑自然对流作用.笔者采用了Boussinesq 近似(详见文献[5]),故方程(2),(3)可简化为
Navier 2Stokes 方程 ρ0(d V /d t )=- p -ρ0g k +μ 2
V +αρ0ΔT g k ,
(4)能量方程 d T/d t =(k/(ρc p )) 2
T ,
(5)
式中c p 为流体的比定压热容.
在直角坐标系中,为了程序编制的通用性,可将式(1)～(5)改写成如下通用形式:ρ5(u φ)5x +ρ5(v φ)5y +ρ5(w φ)5z =Γφ52φ5x 2+52φ5y 2+52φ5z 2
+S φ ,(6)
式中φ为通用变量(u ,v ,w ,p ,T ),Γφ为广义扩散系数,S φ为广义源项.
对于上面所列的偏微分方程组,直接求解十分困难,更多的是采用数值计算方法.由于流体流动所固有的“迎风”特性,目前在国际计算流体动力学界,有限差分(或有限体积)法占了绝对的优势.文中采用了基于有限差分方法的有限体积法.
对于流场中包含的固体区域采用了整体法求解,即在程序中并不区分固体区和流体区,二者的区别仅仅表现在物性参数上.确定物性参数的主要原则是保证各个控制容积的质量流量和热流密度连续,具体方法为:流体的物性参数取实际值,固体区域的粘度取极大值(一般可取为1010),固体密度取流体密度以保证控制容积界面上的质量流量连续,固体热容取流体热容以保证界面热流密度连续,其他物性参数均取固体的实际值.
不可压流场的数值求解中主要存在两大难点:一是对流2扩散项的离散格式;二是压力与速度的耦合问题.为了提高计算精度,笔者采用了乘方格式来离散对流2扩散项,离散后所得线性方程组的形式为
a P
b ,(7)式中各系数a P ,a E 等的具体形式参见文献[5].
上述方程组是非对称、稀疏的,因此往往采用迭代法求解.为了加快迭代收敛的速度,笔者采用了TDMA (三对角矩阵直接解法)和ADI (交替方向块迭代)结合的方法.
为了解决压力与速度的耦合问题,笔者采用了基于交错网格的SIMPLEC 方法,具体实验步骤见[5].图1 散热器结构示意图
在上述基础上,笔者开发了型材散热器热分析软件.该软件由用户界面模块、数值计算模块、材料数据库管理和维护模块、计算结果显示模块等部分组成.
2 物理模型及计算边界条件
为了验证计算结果的正确性,笔者设计并加工了几种不同材料及结构的散热器样品,限于篇幅.仅列出3种散热器的计算结果.散热器的结构见图1.表1为3种散热器的有关结构参数.
表1 3种散热器的有关结构参数
编号
材料导热系数/(W ?m -1?K -1)通道宽W chan /mm 肋片宽W fin /mm 肋高h /mm
L ×W ×H /mm
3
通道数n
1铝
20401500150525×25×7242铜33001500150525×25×7243
铜
330
0125
0125
5
25×25×7
48
对于图1所示的散热器结构,选择的计算模型如图2所示.
255
西安电子科技大学学报(自然科学版) 第29卷
图2 散热器计算模型
与风洞尺寸相比散热器尺寸较小,因此若以风洞尺寸作为计算边界,则空气部分网格过多.考虑到空气的粘度较小,散热器对空气的扰动局限在其附近区域内,因此将图2中的东、西及上边界(虚拟边界)处理为对称轴边界.为了尽量模拟实际工作状况,将散热器放置在绝热垫块上,即认为热量全部由肋片散失.热源采用了片状厚膜陶瓷电阻,用导热胶粘贴在散热器底面.
西边界:对称轴边界,u =0,5v/5x =0,5w/5x =0,5T/5x =0;
东边界:对称轴边界,边界条件同西边界;
上边界:对称轴边界,w =0,5u/5x =0,5w/5z =0,
5T/5z =0;
下边界:非渗透性绝热固体壁面,满足无滑移条件,u =v =w =0,5T/5z =0;南边界:,v =v ∞,t =t f ,u =v =0,其中v ∞为来流速度,t f 为环境温度;北边界:出口边界,假定流体在出口处为均匀发展,即采取局部单向化假定.
整个计算区域在x ,y ,z 3个方向的离散网格数为59×35×17.采用作者开发的型材散热器热分析软件进行了数值计算和结果分析.
3 计算结果分析
图3为1号散热器在入口风速v ∞=615m/s 的情况下,半高度方向x 2y 平面的速度场分布图.从图3可以看出,由于散热器放置在自由空间中,因此狭窄的肋片间距必然会对流动产生阻碍,反映在图中就是散热器两旁的速度分量大,肋片间的速度分量小,即散热器对流体产生了“推挤”作用,而这一效应又必然会对温度场产生影响,所以在对型材散热器进行传热分析时,不能简单地将其处理成二维或准二维模型,而应该采用三维模型进行计算
.
图3 散热器在半肋高处的速度分布图4 散热器在底面处的温度分布
图4为1号散热器在入口风速v ∞=615m/s,环境温度t f =22℃,底面输入功率为7138W 的情况下,底面层的温度场分布图.从图中可以看出,散热器的底面温度分布趋势为入口处较低,出口处较高,具有明显的“拖尾”现象.整个散热器的最高温度点位于底面靠近出口处,最高温度为49169℃.这些均与试验结果吻合得很好,定量对比见后.
散热器的热阻可定义为R cf =(T c -T f )/Q ,式中T c 为散热器最高温度,T f 为周围环境温度,Q 为散热功率.
影响散射器热阻的因素很多,其中冷却空气的流速无疑是比较重要的一个,因为它直接决定了风机的选
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第4期 韩 宁等:型材散热器热特性分析
择及风冷系统的结构形式.图5即为2号散热器在功率为10157W,环境温度为22℃时,其热阻同冷却风速之间的关系曲线.从图5可以看出,散热器热阻随风速的增大而减小.在相同结构下,当风速由410m/s提高到615m/s时,散热器热阻由6136℃/W降为3167℃/W,降幅为41%;而当风速由615m/s提高到10m/s时,相应的热阻降幅只为29%.因此,在冷却风速比较低时,提高风速可显著地降低散热器热阻
.
图5
定功率时风速对散热器热阻的影响图6 肋片间距对散热器热阻的影响
肋片间距是影响散热器热阻的另外一个重要因素.为了考查肋间距与热阻之间的定量关系,选取2号散热器为研究对象.在入口风速为615m/s,散热器功耗为10157W,环境温度为22℃的条件下,其热阻同肋片间距之间的定量关系如图6所示.从图6可看出,在某一特定风速下,
散热器的肋间距存在一最优值.对于1号和3号散热器,数值分析的结果同样显示出上述趋势.
4 实验结果
散热器的实验可分为两类:⑴定流速实验,即固定流速改变加热功率;⑵定功率实验,即固定加热功率改变流速.为了减小实验误差,所有实验均在专用风洞中进行,实验装置如图7所示.
图7 散热器实验装置示意图
限于篇幅,这里仅列出2号散热器的实验结果.表2为空气流速615m/s时的实验数据与计算数据的对比.
表2 2号散热器定风速实验结果
室温/℃热功率/W
最高肋根温度/℃热阻/(℃?W-1)
实验值计算值实验值计算值
温度计算误差
/(%)
2215
41703310351321232172710
71343818421121222167815
101574612491721242157716
141395414551621222130212
表3为2号散热器在环境温度为22℃,热功率为10157W时,不同风速下的实验值与计算值的对比.
通过表中数据可以看出,计算值和实验值的误差完全在允许的范围之内,表明了计算结果的可信性.
455 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第29卷
表3 2号散热器定功率实验结果
室温/℃
风速(m ?s -1
)
最高肋根温度/℃热阻/(℃?W -1)实验值
计算值
实验值
计算值
温度计算误差
/(%)22
410
581261183142317761251549175314216221977146154517491221242157717810
4317
4610
2105
2127
513
5 结束语
笔者采用数值计算方法直接求解了型材散热器的三维稳态流场及温度场,实验结果表明这种方法是可行的.从结果中可以看出,影响散热器热阻的因素比较多,如何综合考虑这些因素,使得在一定工作条件下散热器的热阻最小是工程设计中一个迫切需要解决的问题.参考文献:
[1]TuckermanDB,PeaseRFW.High 2performanceHeatSinkingforVLSI[J].IEEEElectronDeviceLetter,1981,
(2):1262129.[2]SamalamVK.ConvectiveHeatTransferinMicrochannels[J].JofElectronicMaterials,1989,18
(5):6612667.[3]HarpoleGM,EningerJE.Micro 2ChannelHeatExchangerOptimization[A].SeventhIEEESemi 2ThermSymposium[C].NewYork:
IEEE,1991.59263.
[4]喻世平,辛明道1微通道散热器的性能实验[J]1重庆大学学报,1994,17(4):6211.[5]陶文铨1数值传热学[M]1西安:西安交通大学出版社,1988.
(编辑:郭 华)
(上接第529页)
确保了只有某一拥有该解密密钥的参与者才能得到相关信息,保证了各个时期子秘密的安全性.由于秘密信
息总是由一位值得信赖的分发者来分配,因而减少了通信数据传输量和总计算量.参考文献:
[1]ShamirA.HowtoShareaSecret[J].CommunicationsoftheACM,1979,22
(11):6122613.[2]杨 波,孙晓蓉,王育民1基于门限方案的密钥托管[J]1西安电子科技大学学报,1998,25(2):2392241.[3]SchneierB.应用密码学[M]1吴世忠译1北京:机械工业出版社,2000.49251.
[4]SimmomsGJ.AnIntroductiontoSharedSecretand/orSharedControlSchemesandTheirApplication[C].InContemporary
Cryptology:theScienceofInformationIntegrity[C].NewYork:IEEEPress,1992.4412497.[5]王育民,何大可1保密学———基础与应用[M]1西安:西安电子科技大学出版社,1990.2462342.[6]GennaroR,JareckiS,KrawczykH,etal.SecureDistributedKeyGenerationforDiscrete 2logBasedCryptosystems[A].Advancesin
Cryptology 2EUROCRYPT π99[C].Berlin:Springer 2Verlag,1999.2952310.
[7]LinHY,HarnL.AGeneralizedSecretSharingSchemewithCheaterDetection[A].AdvancesinCryptology 2ASIACRYPT π91
Proceedings[C].Berlin:Springer 2Verlag,1993.1492158.
[8]张建中,肖国镇1可防止欺诈的秘密共享方案[J]1通信学报,2000,21(5):81283.
[9]张建中,肖国镇1一个可防止欺诈的秘密分享方案[J]1电子科学学刊,1999,21(4):5162521.
[10]StinsonDR.DecompositionConstructionsforSecretSharingSchemes[J].IEEETransonIT,1994,40
(1):1182125.[11]HerzbergA,JareckiS,KrawczykH,etal.ProactiveSecretSharingor:HowtoCopewithPerpetualLeakage[A].Advancesin
Cryptology 2CRYPTO π95[C].Berlin:Springer 2Verlag,1995.3392352.
[12]Padr óC,S áezG.DetectionofCheatersinVectorSpaceSecretSharingSchemes[J].Desings,CodesandCryptography,1999,16
(1):75285.
[13]StinsonDR.Cryptography:TheoryandPractice[M].BocaRaton,Florida:CRCPress,1995.3432350.
(编辑:李维东)
555
第4期 韩 宁等:型材散热器热特性分析
散热片的基本知识
散热器基础知识 铝型材散热器 目前市场上有大量各种尺寸铝型材散热器模具，并可根据要求开发生产新型材散热产品。铝型材散热器价格低廉，应用广泛，可以根据需要进行进一步的精密机械加工、安装扣具背板、附装界面导热材料以确保有效导热及安装可靠。如图： 热管散热模组 〃热管简介： 热管是一种非常高效的导热元件，其传热效率可达到金属的几十倍。自从热管技术被引入散热器制造行业，以热管为核心，配合热沉、翅片、风扇等构成的热管模组，能够解决因空间狭小或热量过于集中而导致的散热难题，克服了传统散热模式无法克服的发热功率与有效散热能力之间的矛盾。 热管可以在一定限度内被折弯及压扁，以适应不同的结构需要。在热管传热原理的基础上，还衍生出了其它的高效传热器件，如热柱（heat column）、真空冷板（vapor chamber）、回路热管（loop heatpipe）等，可以满足各种专门需要 〃穿接式热管散热模组： 穿接式热管散热模组是在热管的散热端穿接上高密度的散热翅片，翅片材料可以是铜片或铝片，鳍片与热管间通过焊接方式连接。 穿接式热管散热模组可以大幅减小产品体积，同时大大提高散热效率，其在笔记本电脑、通信设备、工控产品等领域均有广泛的应用。 〃埋嵌式热管散热模组 热管埋嵌在散热器底板内，能够起到均衡底板温度提高散热效率的作用。尤其对热源位置集中，散热器底板面积又较大的情况，均温效果非常显著。 从传热学的角度来看，整个散热器的热阻将有效的降低，近而大大改善了散热器的散热效果，使发热元器件的表面温度大幅度下降
焊接型散热器 〃焊接型散热器介绍： 随着电子产品功率的不断增高而产品体积又日益减小，催生了高密度焊接散热器的广泛应用。焊接型散热器一般由底板和翅片焊接而成，底板和翅片材料可选用铜材或铝材灵活组合。采用软钎焊技术加工能够保持材料的物理特性不变，以及满足较高的精度要求。 〃焊接型散热器特点： 鳍片密度高－－大幅度增加散热面积 产品重量轻体积小－－适应产品的小型或轻型化要求 铜铝混合焊接－－兼取铜材传热更佳及铝材重量较轻的优势 特定区域焊接－－可以仅在需要散热的区域焊接散热齿片或传热部件 模具费用低－－节省大型铝型材昂贵的模具费 底板可精密加工－－底板可以加工精密腔体或复杂的避让位 风琴片单折片扣合片 风扇散热模组 将风扇与散热器相组合，可以使散热器在强制对流环境下工作，从而大幅提高整个散热模组的散热效率。无论是型材散热器、焊接型散热器还是热管模组，都能方便的与风扇结合。我们可以根据您的要求选择风扇和设计散热器，并使二者达到最佳匹配。
暖气片如何选型及计算
暖气片报价如何选型及计算 机械循环热水采暖系统，摩擦阻力损失占50%，局部阻力损失占50%； 换热器按0.1-0.15MPa估算； 设计裕量:10-20%。 1MPa=10KGF/CM2=100MH2O 1MMH2O=10Pa 循环水泵如何选择? 应根据计算所得的水量G及总循环阻力H来选择水泵.与外网连接的系统应换算外网在本楼接口处的供回水压差，是否够用(城市热网一般预留压差≥5MH2O)。 金旗舰散热器的工作压力定多少是合适的? 我国暖通空调设计规范规定,采暖系统高度超过50M时就应分区设置.这时系统的静压约为55MH2O。而采暖系统的动压(推动水循环，包括换热器等)约为20M-30M H2O,动压和静压的总和约为70-90MH2O (即0.7-0.9MPa)。所以散热器的工作压力取1.0MPa已够用了。关于个别城市热网直连的情况可作特殊处理。 系统运行前的压力测试如何进行? 在系统或系数的某部分投入运行前,必须对其进行压力测试.首先,所测系统应排出空气并充满处理过的水，然后用泵将压力升到至少为工作压力的1.5倍。这一压力应该至少保持10分钟，压力下降
不超过0.02 Mpa才为合格，在压力测试过程中，应对接头，连接处和设备进行目测检查以确保无泄漏。测试人员应进行记录，该记录应包括时间、地点、观测设备以及测试的初始和终了压力等信息，也应包括注意到的可能渗漏.最后测试人员在测试记录上签字。具体测点位置及系统试压的压力值均应按施工验收规范要求确定。 热水供暖系统设计应强调哪些问题? 应从以下6方面考虑： 1、必须保证满水条件下的闭式循环,最好实现密闭式热水采暖系统； 2、必须强调供暖水质的处理及控制； 3、必须保证有足够的水量,足够的资用压头； 4、必须有良好的排气,保证水循环畅通； 5、必须考虑水力平衡,保证各组散热器均能通水； 6、对较长的直管段,必须考虑热补偿。 三散热器选择与比较 购房要注意有关供暖系统的哪些问题? 可以从7个方面加以考虑： 1、注意散热器的热负荷,即每平方米的散热量.华北地区的砖混结构住宅,一般配置70W/㎡；节能型保温建筑配置50W/㎡；华中及华东地区的独立供暖住宅，一般配置120～130W/㎡。 2、看散热器类型是否安全舒适.面积很大的房间最好选用R021B 1800的散热器,散热均匀又安全舒适；
散热器的选型与计算
散热器的选型与计算 以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W
总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。 散热计算 任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散
热阻计算
热阻计算 一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。 一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc， P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。 一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算。适用公式：Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。 同样以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度，又要消耗1.5W的功率，还要保证结温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是： Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja，厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到： 25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！ 还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据，是在焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。
几大主流散热器种类和特点
几大主流散热器种类和特点 散热器品牌：南通昂彼特堡，河北圣春，北京佛罗伦萨，北京三叶，上海努奥罗，北京森德，天津瑞特格，天津华琛 主流散热器种类之一、铸铁散热器 这种散热器在早期使用十分广泛，在散热器技术还不完善的时代，铸铁散热器基本霸占了大部分散热器市场，但随着散热器技术的发展，这种传统散热器弊端充分暴露出来，铸铁散热器不仅外型丑陋，而且质量低劣，再此不再推荐。 主流散热器种类之二、钢制散热器 钢制板式散热主要分为钢制柱式散热器和钢制板式散热器，这种散热器目前仍然活跃于散热器市场，在技术方面也有所进步，德国钢制散热器技术比较过硬，德美拉得散热器就是其中的典型。 钢制散热器的特点 1、钢制柱式比钢制板式承压能力要高。 2、柱式的外观色彩、款式可以多样化，高度在300MM~1800MM。 3、钢制板式从设计上来说是散热器中较合理的款式之一，散热能形成烟囱效应，对流效果好。 4、钢制适合的水质范围是PH=10~12，而自来水的水质是中性水，PH=7左右，并且钢制是最怕氧腐蚀的，所以使用寿命会受到一定影响。 主流散热器种类之三、复合型散热器 复合型散热器分为铜铝复合散热器、钢铝复合散热器、不锈钢铝复合散热器，复合型散热器兼有散热器的优点，但缺点也十分明显。 复合型散热器的特点 1、各种复合型散热器均利用铝材的散热优势达到散热快，利用铜和不锈钢的耐腐蚀性增加散热器的使用寿命。 2、外观色彩、款式可以多样化，高度在300MM~1800MM范围，重量也比较轻。 3、最大的缺点是两种复合材料因为热膨胀系数的不同和共震效应而产生热阻，这样会因使用时间的增长而每年出现散热量递减的情况。
散热器热工性能实验报告 (1)
实验二 散热器性能实验 班级： 姓名： 学号： 一、实验目的 1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构。 2、测定散热器的散热量Q ，计算分析散热器的散热量与热媒流量G 和温差T 的关系。 二、 实验装置 1.水位指示管 2.左散热器 3. 左转子流量计 4. 水泵开关及加热开关组 5. 温度压差巡检仪 6.温度控制仪表 7. 右转子流量计 8. 上水调节阀 9.右散热器 10. 压差传感器 11.温度测点T1、T2、T3、T4 图1散热器性能实验装置示意图 三、实验原理 本实验的实验原理是在稳定的条件下测定出散热器的散热量： Q=GC P （t g -t h ） [kJ/h] 式中：G ——热媒流量， kg/h ； C P ——水的比热， kJ/Kg.℃； t g 、t h ——供回水温度， ℃。 散热片共两组:一组散热面积为：1m 2 二组散热面积为：0.975 m 2 上式计算所得散热量除以3.6即可换算成[W]。 低位水箱内的水由循环水泵打入高位水箱，被电加热器加热，并由温控器控制其温度在某一固定温度波动范围，由管道通过转子流量计流入散热器中，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的回水流入低位水箱。流量计计量出流经每个散热器在温度为t g 时的体积流量。循环泵打入高位水箱的水量大于散热器回路所需的流量时，多余的水量经溢流管流回低位水箱。
四、实验步骤 1、测量散热器面积。 2、系统充水，注意充水的同时要排除系统内的空气。 3、打开总开关，启动循环水泵,使水正常循环。 4、将温控器调到所需温度（热媒温度）。打开电加热器开关，加热系统循环水。 5、根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门，使之流量、温差达到一个相对稳定的值，如不稳定则须找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确。 6、系统稳定后进行记录并开始测定： 当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。散热器供回水温度 t g 与t h 及室内温度t均采用pt100.1热电阻作传感器，配数显巡检测试仪直接测量， 流量用转子流量计测量。温度和流量均为每10分钟测读一次。 G t =L/1000=L·10-3 m3/h 式中：L——转子流量计读值； l/h； G t ——温度为t g 时水的体积流量；m3/h G=G t ·ρ t （kg/h） 式中：G——热媒流量，（kg/h）； ρt——温度为t g时的水的密度，（kg/ m3）。 7、改变工况进行实验： a、改变供回水温度，保持水量不变。 b、改变流量，保持散热器平均温度不变。 即保持 2h g p t t t + =恒定8、求散热器的传热系数K 根据Q=KA（t p -t ） 其中：Q——为散热器的散热量，W K——散热器的传热系数，W/m2.℃ A ——散热器的面积，一种为0.975 m2，另一种为1 m2 t p ——供回水平均温度，℃ t ——室内温度，℃ 9、实验测定完毕： a、关闭电加热器； b、停止运行循环水泵； c、检查水、电等有无异常现象，整理测试仪器。 五、注意事项 1、测温点应加入少量机油，以保持温度稳定； 2、上水箱内的电热管应淹没在水面下时，才能打开，本实验台有自控装置；但亦应经常检查。
散热器如何选型及计算
散热器如何选型及计算 散热器如何选型及计算;【1】散热器基础;1、散热量计量单位的W是什么?;散热器技术性能中的W是热功率计量单位;金属热强度Q(W/KG.℃):是指金属散热器内热;各种散热器的金属热强度比较表;3、什么是散热器的传热系数?;散热器的传热系数K(W/㎡.℃):是指散热器内热;4、散热器的散热过程是什么样的?;当温度较高的热媒在散热器内流过时,热媒所携带的热;1、散热器如何选型及计算【1】散热器基础 1、散热量计量单位的W 是什么? 散热器技术性能中的W 是热功率计量单位。是指每米或每片(柱)散热器在不同工况下每小时的散热量(瓦)。 2、什么是金属热强度?其在工程中的实际意义是什么? 金属热强度Q(W/KG .℃):是指金属散热器内热媒的平均温度与室内空气温度相差1℃时,每公斤质量的金属单位时间所散出的热量. Q值越大,说明散出同样的热量所耗用金属越少.这个指标是衡量散热器节能和经济性的一个指标。 各种散热器的金属热强度比较表 3、什么是散热器的传热系数? 散热器的传热系数K(W/㎡.℃):是指散热器内热媒的平均温度与室内气温相差为1度时,每平方米散热面积所传出的热量.该值与散 热面积的乘积,再乘标准传热温差(64.5℃)就是该散热器的标准散热 量.即Q=K.F.64.5,在散热面积一定的情况下,K值越大,则散热器的
散热量就越大.K值为整个传热过程的综合系数(包括对流传热和辐射传热),与散热器本身的特点和使用条件有关,如水流情况,内外表面 情况等。 4、散热器的散热过程是什么样的? 当温度较高的热媒在散热器内流过时,热媒所携带的热量通过散 热器不断地传给温度较低的室内空气,其散热过程为: 1、金旗舰铜铝复合散热器88/95散热器内的热媒通过对流换热把热量传给散热器内壁面(内表面放热系数) 2、内壁面靠导热把热量传给外壁; 3、外壁靠对流换热把大部分热量传给空气,又靠辐射把一小部分热量传给室内的物体和人. 5、散热器的水容量对采暖的影响如何? 散热器水容量对采暖的影响: 1、散热器的水容量大,采暖系统热惰性比较大,在锅炉间断供热时,水冷却时间稍长一些,采暖房间仍可以保持相当长时间的一定温度. 但再供水时,水升温也比较慢.大水容量的系统调节反映速度较慢.在连续供热时,对供暖质量无影响; 2、散热器的水容量小,启动时间短,温度调节灵敏,居室升温快, 便于分户计量供热,既省钱又方便; 3、热量是靠流动的水携带和运输的,水容量大小对热量无直接影响,只是调节时间有长短分别。
灯珠结温和散热面积计算理论
灯珠结温和散热面积计算理论 灯珠结温和散热面积计算理论 一、基础理论 大功率LED的散热问题： LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是
150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。 另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。 K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了；TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。 大功率LED的散热路径. 大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。 大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，所示。这是一种最简单的散热结构。热是从温度高处向温度低5其正反面图形如图 处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜
铝材散热器设计规范11
铝材散热器设计规范 热器挤压模设计 1 前言 由于铝合金型材，的导热性能较好，因此，在铝合金的挤压型材中，各种类型的散热器型材巳被广泛地应用在电器、机械等行业中。 散热器型材其结构均是由多个齿形组成，为了提高散热效率，增大散热面积，在每个齿上大都布有多个尖牙，这种结构虽然有效地提高了散热效率，改善了散热效果，增加了散热面积，但是却给型材挤压带来了很大的阻力。 对于如图1所示的每个齿形的悬臂较小、其舌比小于3的散热器型材，采用普通平模的设计结构即可实现正常的型材挤压。而对于如图2所示的带有大悬臂的散热能型材，山于其舌比大于3，采用普通的平模设计结构，在型材挤爪时极易造成模只从齿根部断裂，致使模具报废。因此，对于大悬臂的散热器型材，必须改变常用的设计方案，以避免上述断裂现象的发生。 2 截面分析 图2为某带有大悬臂的散热器型材的截面设计图。从图中可知，此散热器型材其截面外形长度为170mm，高度为45mm，设计有14个35mm高的齿形，两齿间距为1Omm,，在每个齿形的两侧布有0.5mm高，1mm间距的尖牙。从其标注的尺寸上可计算出此散热器型材悬臂处舌比为：(45-10)/(10-3):4.69＞3，在各齿间存在着危险断面。特别是该截面的底部壁厚较厚(达1Omm)，而齿部最薄处的壁厚仅有1.5mm，截面壁厚相差悬殊，更增大了危险断面的断裂系数。
另外，从图中的技术要求巾得知，挤压此型材的挤压筒内径仅为∮170mm，而此型材截面的外接圆直径却达∮175.8mm，大于挤压筒内径尺寸，要实现此型材的正常挤压难度极大。 纯铝散热器是最为常见的散热器。纯铝散热器制造工艺简单，成本低，目前仍然占据着相当一部分市场。最常用的加工手段是铝挤压技术。评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底部的厚度和现Pin-Fin比。Pin是指散热片的鳍片的高度，Fin是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin，Pin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大。代表铝挤压技术越先进。 纯铜散热器 纯铝散热器是最为常见的散热器。纯铝散热器制造工艺简单，成本低，目前仍然占据着相当一部分市场。最常用的加工手段是铝挤压技术。评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底部的厚度和现Pin-Fin比，Pin是指散热片的鳍片的高度，Fin是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin，Pin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大。代表铝挤压技术越先进。目前纯铝散热器的这个比值的最高的值是20。一般这个比值能达到15~17，散热器本体的品质就很不错了。Pin-Fin比高于18，则表明散热器是一款高档产品。目前处理器发热使得纯铝散热器已经很难再适应，但这只是一种观念。纯铝散热器真的不行了吗？我们将通过测试来评价这一结论。 散热片的制造工艺有很多，效果也各有千秋。其中最常见的就是铝挤压工艺（Extruded）。 铝挤压的技术相对简单，适合大批量制作散热器。
损耗与散热设计
第8章 损耗与散热设计 开关电源是功率设备，功率元器件损耗大，损耗引起发热，导致元器件温度升高，为了使元器件温度不超过最高允许温度，必须将元器件的热量传输出去，需要散热器和良好的散热措施，设备的体积重量受到损耗限制。同时，输出一定功率时损耗大，也意味着效率低。 8.1热传输 电子元器件功率损耗以热的形式表现出来，热能积累增加元器件内部结构温度，元器件内部温度受最高允许温度限制，必须将内部热量散发到环境中，热量通过传导、对流和辐射传输。当损耗功率与耗散到环境的功率相等时，内部温度达到稳态。 1. 传导 传导是热能从一个质点传到下一个质点，传热的质点保持它原来 的位置的传输过程，如图8-1固体内的热传输。热量从表面温度为T 1 的一端全部传递到温度为T 2的另一端，单位时间传递的能量，即功 率表示为 T R T l T T A P ?=-= )(21λ （8-1） 式中 A l R T λ= （8-2） 称为热阻（℃/ W ）；l －热导体传输路径长度(m)；A －垂直于热传输路径的导体截面积(m 2)；λ－棒材料的热导率(W/m ℃)，含90%铝的热导率为220W/ m ℃，几种材料的热导率如表8-1所示;ΔT ＝T 1－T 2温度差(℃)。 例：氧化铝绝缘垫片厚度为0.5mm ，截面积2.5cm 2，求热阻。 解：由表8-1查得λ＝20 W/m ℃，根据式（8-2）得到 3 4 0.5100.120 2.510t R --?==??℃/ W 式（8-1）类似电路中欧姆定律：功率P 相当于电路中电流，温度差;ΔT 相当于电路中电压。 半导体结的热量传输到周围空气必然经过几种不同材料传输，每种材料有自己的热导率，截面积和长度，多层材料的热传输可以建立热电模拟的热路图。图8-2是功率器件由硅芯片的热传到环境的热通路(a)和等效热路(b)。由结到环境的总热阻为 sa cs jc js R R R R ++= （8-3） 上式右边前两个热阻可以按式（8-2）计算，最后一项的热阻在以后介绍的方法计算。如果功率器件损耗功率为P ，则结温为 a sa cs jc j T R R R P T +++=)( （8-4） 式中R jc ， R cs 及R sa 分别表示芯片结到管壳，管壳到散热器和散热 器到环境热阻。除了散热器到环境的热阻R sa 外，其余两个热阻可以按式(8-2)计算。 (a) (b) 图8-2功率器件热传输和等效热路图
关于散热片的几种基本材质
关于散热片的几种基本材质 散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等。 各种材质的散热片有各自的优缺点，我们需根据自己的情况选择不同材质的散热片。首先让我们对散热片的几种基本材质做一下了解吧。 钢制散热片: 优点：外型美观，彻底改变传统铸铁散热片粗陋的外观形象;散热片厚度变薄，厚度仅有5厘米，较少占用居室空间; 造型多样，满足现代人追求个性化的需求;色彩丰富，适应不同色彩的家居装饰风格;重量轻，水容量小，使用更加环保; 缺点：如果不采取内防腐工艺，会发生散热片腐蚀漏水。 铝制散热片： 优点：质量轻，散热快，价格比较低廉。 缺点：我国市场上销售的大部分为挤压成型的铝型材，经过焊接而成的散热片。部分厂家生产的产品焊接点强度不能保证，容易出现漏水问题。另外铝制散热片不适于碱性水质，原因：铝与水中的碱反应，繁盛碱性腐蚀，导致铝材穿孔，散热片漏水。铝制散热片造型简单，装饰性差属于低档的散热片。 铜制散热片： 优点：铜具有一般金属的强度，同时又不容易断裂、不易折断，并具有一定的抗冲击能力。铜之所以能有如此优良稳定的性能是由于铜在化学排序中的序位很低，仅高于银、铂、金，性能稳定，不易被腐蚀，不会有杂质溶入水中，能是
水保持清洁卫生。因此铜管暖气使用起安全可靠，甚至无需维护和保养。铜管在高温条件下仍能保持其形状和强度，也不会有长期老化的现象。 缺点：价格比较高。 我们在选择散热片的时候要分清材质特性，按水质选用不同的材质。专家建议：如果居住的小区为分户供暖，市场上的散热片基本都可以选用。如果为集中供暖，则水质差别较大，需要根据小区的水质来选择，比如水质含碱量高就不宜采用铝制散热片，宜选用钢制散热片。 当水中含氧量较大，就不宜选用钢制的，宜选用内层做过防腐处理的钢制散热片或者是铝制散热片等。 一般情况下铜铝符合和新型铸铁的对水质要求不高。另外，各个房间所应用的散热片材质最好是相同或者是近似的，以免发生电化学反应而腐蚀。 湖南世友采暖小编提醒您在选购散热片时，要根据房屋具体情况而定，使用什么材质的散热片，同时配合优化工作也要做好，保证安全使用提高散热片使用寿命。
热传导计算
热传导计算 随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。 如图 1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。 表征热传导过程的物理量
在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中，总热阻R为： R="R1"+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R (6)
散热器简化设计计算方法
壁挂散热器价格简化设计计算方法 一. 金旗舰散热量Q的计算 1.基本计算公式： Q=S×W×K×4.1868÷3600 （Kw） 式中： ①.Q —散热器散热量（KW）=发动机水套发热量×（1.1～1.3） ②.S —散热器散热面积（㎡）=散热器冷却管的表面积+2×散热带 的表面积。 ③.W —散热器进出水、进出风的算术或对数平均液气温差（℃）， 设计标准工况分为：60℃、55℃、45℃、35℃、25℃。它们分别对应散热器允许适用的不同环境大气压和自然温度工况条件。④.K —散热系数（Kcal/m.h.℃）。它对应关联为：散热器冷却管、散热带、钎焊材料选用的热传导性能质量的优劣；冷却管与散热带钎焊接合率的质量水平的优劣；产品内外表面焊接氧化质量水平的优劣；冷却管内水阻值（通水断面积与水流量的对应关联—水与金属的摩擦流体力学），散热带风阻值（散热带波数、波距、百叶窗开窗的翼宽、角度的对应关联—空气与金属的摩擦流体阻力学）质量水平的优劣。总体讲：K值是代表散热器综合质量水平的关键参数，它包容了散热器从经营管理理念、设计、工装设备、物料的选用、采购供应、制造管理控制全过程的综合质量水平。根据多年的经验以及
数据收集，铜软钎焊散热器的K值为：65～95 Kcal/m2.h.℃；改良的簿型双波浪带铜软钎焊散热器的K值为：85～105 Kcal/m2.h.℃；铝硬钎焊带电子风扇系统的散热器的K值为：120～150 Kcal/m2.h.℃。充分认识了解掌握利用K值的内涵，可科学合理的控制降低散热器的设计和制造成本。准确的K值需作散热器风洞试验来获取。 ⑤.4.1868和3600 —均为热能系数单位与热功率单位系数换算值⑥.发动机水套散热量=发动机台架性能检测获取或根据发动机升功 率、气门结构×经验单位系数值来获取。 二、计算程序及方法 1. 散热面积S（㎡） S=冷却管表面积F1+2×散热带表面积F2 F1={ [2×(冷却管宽－冷却管两端园孤半径)]+2π冷却管两端园孤半径}×冷却管有效长度×冷却管根数×10 F2=散热带一个波峰的展开长度×一根散热带的波峰数×散热带的 宽度×散热带的根数×2×10 2. 算术平均液气温差W（℃） W=[(进水温度+出水温度)÷2]-[(进风温度+出风温度)÷2] 常用标准工况散热器W值取60℃，55℃，增强型取45℃，35℃。这要根据散热器在什么工况环境使用条件下来选取。 3. 散热系数K
散热器散热量计算
散热器散热量计算 散热器散热量计算；散热量是散热器的一项重要技术参数，每一种散热器出；现介绍几种简单的计算方法：；（一）根据散热器热工检验报告中，散热量与计算温差；铜铝复合74×60的热工计算公式（十柱）是：；Q=5.8259×△T（十柱）；1.标准散热热量：当进水温度95℃,出水温度70；十柱散热量:；Q=5.8259×64.5=1221.4W；每柱散热量；1224.4W÷ 散热器散热量计算 散热量是散热器的一项重要技术参数，每一种散热器出厂时都标有标准散热量（即△T=64.5℃时的散热量）。但是工程所提供的热媒条件不同，因此我们必须根据工程所提供的热媒条件，如进水温度、出水温度和室内温度，计算出温差△T，然后根据各种不同的温差来计算散热量，△T的计算公式：△T＝（进水温度+出水温度）／2-室内温度。 现介绍几种简单的计算方法： （一）根据散热器热工检验报告中，散热量与计算温差的关系式来计算。在热工检验报告中给出一个计算公式Q=m×△Tn,m和n在检验报告中已定，△T可根据工程给的技术参数来计算，例：铜铝复合74×60的热工计算公式（十柱）是： Q=5.8259×△T （十柱） 1.标准散热热量：当进水温度95℃,出水温度70℃,室内温度18℃时：△T =（95℃+70℃）/2-18℃=64.5℃
十柱散热量: Q=5.8259×64.5 =1221.4W 每柱散热量 1224.4 W÷10柱＝122 W／柱 2.当进水温度80℃,出水温度60℃,室内温度18℃时： △T =（80℃+60℃）/2-18℃=52℃ 十柱散热量: Q=5.8259×52 =926W 每柱散热量 926 W÷10柱＝92.6W／柱 3.当进水温度70℃,出水温度50℃,室内温度18℃时： △T =（70℃+50℃）/2-18℃=42℃ 十柱散热量: Q=5.8259×42 =704.4W 每柱散热量 704.4W ÷10柱＝70.4W／柱 （二）从检验报告中的散热量与计算温差的关系曲线图像中找出散热量： 我们先在横坐标上找出温差，例如64.5℃，然后从这一点垂直向上与曲线相交M点，从M点向左水平延伸与竖坐标相交的那一点，就是它的散热量（W）。 （三）利用传热系数Q=K·F·△T
散热器设计
散热器设计 型材散热器的几何结构由肋片和基座构成，主要几何参数包括肋片长、肋片厚，肋片数、基座厚、基座宽等，研究了型材散热器几何因素对其热性能的影响，通过改变散热器的几何参数，可以有效的降低散热器的热阻，获得好的散热效果。本文的研究为型材散热器的的选择及优化设计提供了依据。 关键词：功率器件；热设计；散热器；热阻 功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。功率器件尤其是大功率器件发热量大，仅靠封装外壳散热无法满足散热要求，需要配置合理散热器有效散热，而散热器的选择是否合理又直接影响功率器件的可靠性，因此分析影响散热器散热性能的因素，有利于合理选取散热器，提高功率器件的可靠性。 1 散热器的选择 在电子设备热设计中，型材散热器由于结构简单，加工方便、散热效果好而得到了广泛的应用，其物理模型示意图如图1所示。 它由肋片和基座构成，主要的几何参数包括肋片长、肋片厚，肋片数、基座厚、基座宽等。在选择散热器时一般需要依据散热器热阻来合理选择，同时还需要考虑以下几点：安装散热器允许的空间、气流流量和散热器的成本等。散热器散热的效果与散热器热阻的大小密切相关，而散热器的热阻除了与散热器材料有关之外，还与散热器的形状、尺寸大小以及安装方式和环境通风条件等有关，目前没有精确的数学表达式能够用来计算散热器的热阻，通常是通过实际测量得到。而散热器的有效面积与散热器几何参数密切相关。 2 影响散热器散热性能的几何因素分析 通过实验发现，散热器的几何因素对散热器的散热性能有很大的影响，现以一典型型材散热器为例，分析散热器各几何参数对散热器散热性能的影响。 选定某一功率器件（LM317）为热源，其工作电路原理图如图2所示。工作在自然冷却条件下，环境温度为30℃，功耗为3．2 W，选取的散热器为型材散热器SYX－YDE（物理模型如图3所示），散热器各个几何参数如表1所示。 热源与散热器表面为金属与金属的干接触,无绝缘片也未涂硅脂或导热胶,查有关手册取热 源与散热器之间的接触热阻为0.9℃／W。通过散热器设计分析软件进行初步分析,散热器优化设计分析软件采用的是美国Flunt公司的Qfin软件,它采用计算流体动力学求解器,有限体积法,非结构化网格可以逼近复杂的几何形状,同时能实现散热器肋片高度、长度等几何参数的优化。中国可靠性网https://www.360docs.net/doc/5811077491.html, 通过散热器优化设计分析软件得到的散热器和热源相关热参数见表2。
散热片计算方法
征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:
T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载
(完整版)散热片设计准则参考
散热片设计一般准则 一、自然对流散热片设计 ——散热片的设计可就包络体积做初步的设计，然后再就散热片的细部如鳍片及底部尺寸 做详细设计 1、包络体积 2、散热片底部厚度 良好的底部厚度设计必须由热源部分厚而向边缘部份变薄，如此可使散热片由热源部份吸收足够的热向周围较薄的部份迅速传递。 底部之厚度关系底部厚度和输入功率的关系 3、鳍片形状 空气层的厚度约2mm，鳍片间格需在4mm以上才能确保自然对流顺利。但是却会造成鳍片数目减少而减少散热片面积。 A、鳍片间格变狭窄-自然对流发生减低，降低散热效率。 鳍片间格变大-鳍片变少，表面积减少。 B、鳍片角度鳍片角度约三度。
鳍片形状 鳍片形状参考值 C、鳍片厚度 当鳍片的形状固定，厚度及高度的平衡变得很重要，特别是鳍片厚度薄高的情况，会造成前端传热的困难，使得散热片即使体积增加也无法增加效率 鳍片变薄-鳍片传热到顶端能力变弱 鳍片变厚-鳍片数目减少（表面积减少） 鳍片增高-鳍片传到顶端能力变弱（体积效率变弱） 鳍片变短-表面积减少 4、散热片表面处理 散热片表面做耐酸铝（Alumite）或阳极处理可以增加辐射性能而增加散热片的散热效能，一般而言，和颜色是白色或黑色关系不大。表面突起的处理可增加散热面积，但是在自然对流的场合，反而可能造成空气层的阻碍，降低效率。 二、强制对流散热片设计 ——增加热传导系数 (1)增加空气流速这个是很直接的方法，可以配合风速高的风扇来达成目的， (2)平板型鳍片做横切将平板鳍片切成多个短的部分，这样虽然会减少散热片面，但是 却增加了热传导系数，同时也会增加压。当风向为不定方向时，此种设计较为适当。 （如摩托车上的散热片）
型材散热器热特性分析
收稿日期:2001209212 基金项目:国家部委科技预研基金资助项目(J161313) 作者简介:韩 宁(19712),男,讲师,西安电子科技大学博士研究生. 型材散热器热特性分析 韩 宁1,余墨娟2,赵 殳1,徐国华1 (11西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安 710071;21信息产业部电子第三研究所,北京 100015) 摘要:采用数值方法对型材散射器的三维流场及温度场进行了分析计算.对流项的离散采取了一阶迎风格式,用SIMPLEC 算法在交错网格上进行迭代计算.流场中气体和固体区域采用了整体求解方法.在此基础上,定量分析了结构因素对散热器热阻的影响.实验数据表明了该算法的有效性.关键词:散热器;热分析;数值方法 中图分类号:TK1; 文献标识码:A 文章编号:100122400(2002)0420551205 Thermal 2characteristicanalysisoftheplatefinheatsink HAN Ning 1,YU Mo 2juan 2,ZHAO Dun 2shu 1,XU Guo 2hua 1 (1.SchoolofElectromechanicalEng.,XidianUniv.,Xi ′an 710071,China; 2.TheThirdResearchInst.ofMII,Beijing 100015,China ) Abstract: Thethree 2dimensionalvelocityfieldandtemperaturefieldoftheplatefinheatsinkarecalculatedby numericalmethods.Theupwinddifferenceschemeisusedtodealwiththediscretizationoftheconvection 2diffusion term.Thepressure 2velocitycouplingistreatedwiththeSIMPLECalgorithmusingastaggeredgridsystem.Thesame setofmomentumandenergyequationsaresolvedforthesolidandfluidregions.Therelationbetweenthermal resistancesandsinkstructureisnumericallyanalyzedonthisbasis.Finally,experimentalresultsshowthatthe algorithmiseffective. KeyWords: platefinheatsink;thermalanalysis;numericalmethods 虽然型材散热器已有了相应的国家标准(GB742312287),但其中的自然对流和强迫风冷条件下的热阻关系曲线均为实验数据整理所得,与实际应用有一定误差.在散热器的数值热分析方面,Tuckerman 和Pease 在忽略了肋片中沿流体流动方向的导热后,建立了散热器准二维肋模型[1],Samalam 则获得了该模型的一个级数形式的精确解[2].Harpole 和Eninger 运用多孔介质流动中的Darcy 定律建立并求解了散热器二维传热模型[3].在国内,喻世平和辛明道对微通道结构的散热器进行了实验研究[4].上述二维或准二维模型在等壁温或等热流密度情况下能给出比较满意的计算结果,但当实际散热器不满足上述条件时,会引起较大误差.此外,如果不考虑固体肋片对流场的三维扰动作用,也会影响计算精度.笔者采用数值传热学的基本理论和方 法,直接对型材散热器的三维稳态流场和温度场进行了数值模拟,得出了一些有益的结论. 1 数值热分析原理 对于不可压缩流体,在三维欧拉空间中,取一任意形状的封闭体(称为控制容积),将质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律用于该控制容积后,可以得到微分型的流体流动控制方程: 连续方程 ?V =0 , (1) 2002年8月第29卷 第4期 西安电子科技大学学报(自然科学版) JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Aug.2002 Vol.29 No.4