散热器在结构设计中应用3
机械设计中的热传导理论与应用
机械设计中的热传导理论与应用热传导是机械设计中一个十分重要的理论，它涉及到热量在物体内部的传导方式和热传导过程中的各种参数。
在机械设计中，了解并应用热传导理论可以帮助我们有效地解决热问题，提高机械设备的性能和可靠性。
本文将介绍机械设计中的热传导理论与应用，以及几种常见的热传导方式和其在机械设计中的应用。
一、热传导理论的基本原理热传导是热量在物体内部由高温区向低温区传导的过程。
根据热传导理论，热量的传导速率与物体的温度梯度成正比，与物体的热导率成反比。
热传导可以通过一维、二维或三维的热传导方程进行描述，其中包括热传导速率、温度梯度、热导率等参数。
在机械设计中，热传导理论可以应用于各种热问题的计算和分析。
例如，在设计散热器时，我们可以根据材料的热导率和散热器的几何结构计算出散热器表面的温度分布，从而确定散热器的散热效果。
在设计传热设备时，我们可以利用热传导理论计算传热设备内部的温度场，从而确定传热设备的传热效果。
二、常见的热传导方式及应用1. 热传导热传导是最常见的热传导方式，其适用于固体材料间的热传导。
在机械设计中，我们经常需要计算固体材料的温度分布和热传导速率。
例如，在设计发动机零部件时，我们需要计算发动机壳体的温度分布，以保证发动机工作时温度不会过高，从而保证发动机的正常运行。
2. 对流传热对流传热是热量通过物体表面与流体之间的传递。
在机械设计中，对流传热常见于液体或气体对流冷却系统的设计。
通过热传导理论，我们可以计算出流体在冷却系统中的温度分布、热阻等参数，从而优化冷却系统的设计。
3. 辐射传热辐射传热是热辐射能量传输的一种方式，它不需要介质的参与。
在机械设计中，辐射传热主要应用于高温设备或空间环境中的热传导问题。
通过热传导理论，我们可以计算出设备或空间表面的辐射传热速率，从而确定设备或空间的热平衡。
三、热传导理论的应用案例1. 散热器设计在电子设备中，散热器的设计十分重要。
通过热传导理论，我们可以计算出散热器表面的温度分布，从而优化散热器的散热效果。
散热器工作原理
散热器工作原理散热器是一种用于散热的设备，广泛应用于各种电子设备、机械设备以及工业设备中。
它的主要功能是将设备产生的热量有效地散发出去，保持设备的正常工作温度，防止过热损坏。
散热器的工作原理主要涉及传热和热对流两个方面。
下面将详细介绍散热器的工作原理。
1. 传热原理：散热器通过传导、传导和辐射三种方式来传递热量。
传导是指热量通过散热器的金属材料传递，传导是指热量通过散热器表面的空气传递，辐射是指热量通过辐射方式传递。
当设备产生热量时，散热器的金属材料会吸收热量，然后通过传导方式将热量传递到散热器的表面。
传热的速度取决于散热器的材料导热系数和散热器的结构设计。
2. 热对流原理：热对流是指空气在散热器表面流动时带走热量的过程。
当热量传递到散热器表面时，周围的空气会受热膨胀，形成热对流。
热对流的速度和效率取决于散热器的表面积、散热器表面和空气之间的接触热阻以及空气的流动速度。
为了增加散热器的散热效率，通常会在散热器表面增加一些散热片或散热鳍片，以增加散热器与空气之间的接触面积。
同时，通过增加风扇的使用，可以增加空气流动速度，从而提高热对流效率。
3. 散热器的结构设计：散热器的结构设计也对其散热效果起着重要的影响。
常见的散热器结构包括片状散热器、管状散热器和液冷散热器。
片状散热器是由一系列金属片组成的，金属片之间通过焊接或者螺栓连接。
片状散热器的散热效果主要依赖于金属片之间的热传导和热对流。
管状散热器是由一系列金属管组成的，金属管内通有冷却介质，冷却介质在管内流动时将热量带走。
管状散热器的散热效果主要依赖于冷却介质的流动速度和散热管的材料导热系数。
液冷散热器是通过将冷却液引入散热器内部，通过冷却液对设备产生的热量进行吸收，然后将热量带走。
液冷散热器的散热效果主要依赖于冷却液的流动速度和冷却液与设备之间的接触热阻。
总结：散热器通过传热和热对流的方式将设备产生的热量散发出去，保持设备的正常工作温度。
传热原理主要涉及传导、传导和辐射三种方式，热对流原理主要涉及空气在散热器表面流动时带走热量的过程。
散热器工作原理
散热器工作原理散热器是一种用于散热的装置，广泛应用于各种机械设备和电子设备中。
它的工作原理是通过传导、对流和辐射三种方式将热量从热源传递到周围环境中，以降低热源的温度。
1. 传导散热传导散热是指热量通过物体的直接接触传递。
散热器通常由金属制成，如铜、铝等，这些金属具有良好的导热性能。
当散热器与热源接触时，热量会沿着散热器的金属材料传导到散热器的表面。
然后，通过表面积较大的散热片，热量可以更快地传递到周围环境中。
2. 对流散热对流散热是指通过流体（通常是空气）的流动来传递热量。
散热器通常设计有许多散热片，这些散热片可以增加与空气的接触面积。
当热源加热散热器时，散热器表面的空气会受热膨胀，形成热对流。
热空气会上升，而冷空气会下沉，形成自然对流。
这样，热量就会通过空气的流动从散热器表面传递到周围环境中。
此外，还有强制对流散热方式。
强制对流散热是通过风扇或者泵等设备产生气流或者液流，加速热量的传递。
散热器通常会设计有风扇，当风扇运转时，会产生气流，增加空气与散热器的接触面积，从而加快热量的传递。
3. 辐射散热辐射散热是指热源通过辐射方式传递热量。
热源的温度高于周围环境时，会发射热辐射。
散热器的表面通常采用黑色或者金属材料，这些材料对热辐射具有较好的吸收和发射能力。
当散热器表面的热辐射遇到周围环境时，会被吸收，从而传递热量。
综合以上三种方式，散热器可以高效地将热量从热源传递到周围环境中，起到降低热源温度的作用。
在实际应用中，散热器的设计和选择需要考虑多种因素，如散热器的材料、散热片的数量和形状、风扇的转速等。
不同的应用场景和需求会对散热器的工作原理和设计提出不同的要求。
总结：散热器是一种通过传导、对流和辐射三种方式将热量从热源传递到周围环境中的装置。
它的工作原理是通过散热器的材料和结构，以及辅助设备如风扇的运转，将热量高效地散发出去，从而降低热源的温度。
在实际应用中，散热器的设计和选择要根据具体需求进行，以确保散热效果的最大化。
散热器的原理分析和结构设计
散热器的原理分析和结构设计摘要：随着疫情好转，国内经济不断复苏，火电、冶金等行业的产能也得到进一步释放。
而这些行业的发展都来不开散热器。
本文以凯络文公司生产的工业热交换器为例，详细介绍散热器的结构和原理。
关键词：散热器；结构；原理1 散热器的原理散热器一般利用外部的空气对管内的水(油)进行冷却，即散热器通过循环水(油)泵，对循环水(油)进行强制循环，再通过轴流风机提供冷却空气，且水(油)流与空气流形成错流布置进行热交换，热量首先从热水(油)通过对流作用传给冷却管内壁，然后通过传导作用传给冷却管外壁，再通过传导作用从冷却管外壁传给散热翅片，最后和冷空气的对流作用，把热量转移到空气中并带走，从而达到把热水(油)降到合适的工作温度的目的，如图1所示。
图1 散热器传热原理图2 散热器其结构设计依据散热器根据风机的安装形式分为引风式和鼓风式两种结构。
2.1 引风式散热器引风式散热器的管束位于风机的吸风侧(即风机位于顶部)，由于风筒对换热翅片管有着很好的阻挡阳光、风、雨、雪的作用，使得引风式散热器具有较稳定的换热性能，同时它具有风量分配均匀、热循环少、污损少、低噪音的特性。
2.2 鼓风式散热器鼓风式散热器的管束位于风机的排风侧(即风机位于底部），由于风机电机始终处于较冷的空气环境中,可允许处理较高温度的工艺介质，从而保持较长的使用寿命。
3 散热器的结构散热器主要由支腿、芯组、风机、膨胀水箱、液位仪等单元组成。
图2 散热器结构图3.1 支腿（钢构）为了将散热器安装到合适的高度，需采用支腿或钢构支撑固定，支腿用钢板折边焊接而成，若支撑高度大于等于1米时，则用型钢做成的钢构来支撑，它由立柱、横梁等组成，具有良好的稳定性，可供散热器单个或组合使用，具体钢构应根据客户要求和使用环境进行设计。
3.2 芯组芯组是散热器的核心部件,冷空气以一定的流速流过芯组以冷却管内的热水（油），达到换热目的。
其芯组采用刚性独立的结构,便于整体装卸、组合;冷却芯组由数根冷却管、凯络文专有片型的散热翅片、前后管板、中间管板、左右侧板及集箱等构成,冷却管采用耐腐蚀性能的铜或铜合金或不锈钢材料,按正三角形排列,翅片与冷却管采用内胀方式连接,芯组均采用适应翅片管热膨胀的措施;最低一排翅片管下面设支撑梁,与芯组侧板固定,支撑梁部位的各排翅片管均布支撑件,集箱配有放泄阀,作为排污、排水、放气口、通常翅片采用铝带冲制而成，也可根据客户需要在翅片上附加保护涂层，或使用铜翅片。
吹气散热结构设计案例
吹气散热结构设计案例摘要：一、引言二、吹气散热结构的设计原理1.空气流动原理2.散热器结构设计3.风道设计三、吹气散热结构的应用案例1.电子产品散热2.汽车发动机散热3.建筑通风散热四、吹气散热结构的设计要点1.空气入口设计2.风速与温差控制3.材料选择五、结论正文：一、引言随着科技的飞速发展，各种电子设备、发动机等产品的功率不断提高，散热问题成为设计者们关注的重点。
吹气散热结构作为一种有效的散热方式，在众多领域得到了广泛应用。
本文将通过案例分析，探讨吹气散热结构的设计原理、应用案例及设计要点。
二、吹气散热结构的设计原理1.空气流动原理吹气散热结构利用空气流动原理，通过高速气流带走热量，降低设备温度。
空气在流动过程中，热量会从高温物体传递到低温物体，达到散热的目的。
2.散热器结构设计散热器是吹气散热结构的核心部分，其结构设计直接影响到散热效果。
常见的散热器结构包括鳍片式、平板式、空冷式等，设计师可根据实际情况选择适合的产品。
3.风道设计风道设计目的是使气流顺畅通过散热器，提高散热效果。
风道形状、尺寸和弯曲角度等因素都需要仔细考虑。
合理的风道设计可以降低气流阻力，提高散热效率。
三、吹气散热结构的应用案例1.电子产品散热电子产品，如手机、笔记本等，采用吹气散热结构可以有效降低设备温度，提高使用寿命。
如智能手机中的液冷散热技术，通过特殊设计的风道，使气流快速通过主板，带走热量。
2.汽车发动机散热汽车发动机是汽车核心部件，对其散热有极高要求。
吹气散热结构在汽车发动机中的应用可以分为水冷式和空冷式。
水冷式采用散热器和水泵实现循环散热；空冷式则通过风扇和散热器实现空气散热。
3.建筑通风散热在建筑设计中，吹气散热结构也发挥着重要作用。
如设置合理的通风口和风道，利用建筑物内外空气流动实现自然通风，降低室内温度，提高居住舒适度。
四、吹气散热结构的设计要点1.空气入口设计空气入口设计要考虑到气流的稳定性，避免气流紊乱，影响散热效果。
散热器工作原理
散热器工作原理散热器是一种用于散热的设备，广泛应用于电子产品、汽车发动机等领域。
散热器的工作原理是利用传热原理将热量从热源传递到冷却介质中，从而降低热源的温度。
下面将详细介绍散热器的工作原理。
一、传热原理1.1 导热散热器中的热源通过导热材料传递热量到散热器表面，通常使用的导热材料有铜、铝等金属。
1.2 对流散热器表面的热量通过对流传递到空气中，空气的流动会带走热量，从而降低散热器表面的温度。
1.3 辐射散热器表面的热量还会通过辐射传递到周围环境中，这是一种无需介质的传热方式。
二、散热器结构2.1 散热片散热器中最重要的部份就是散热片，它是热源和冷却介质之间传热的关键部份，通常采用铝合金制成。
2.2 冷却风扇为了增加对流传热效果，散热器通常会配备冷却风扇，通过风扇的转动，增加空气的流动速度，提高散热效率。
2.3 散热管一些高性能的散热器还会采用散热管来增加传热效率，散热管内部通常充满导热介质，能够快速传递热量。
三、散热器的应用3.1 电子产品散热器在电子产品中的应用非常广泛，如计算机、手机等，通过散热器将设备内部产生的热量散发出去，保持设备的正常运行。
3.2 汽车发动机汽车发动机工作时会产生大量热量，散热器的作用就是将这些热量散发出去，保持发动机的正常工作温度，防止过热损坏。
3.3 工业设备在一些工业设备中也会使用散热器来降低设备的工作温度，保证设备的正常运行。
四、散热器的优化4.1 散热片设计优化散热片的设计可以增加表面积，提高传热效率，同时减小阻力，降低能耗。
4.2 冷却风扇选型选择合适的冷却风扇可以保证空气流动速度和散热效果的平衡，提高散热器的整体性能。
4.3 散热器材料选择合适的散热器材料可以提高散热效率，延长散热器的使用寿命，减少维护成本。
五、散热器的发展趋势5.1 高效散热技术随着科技的发展，散热器的传热效率将会不断提高，可以更好地满足高性能设备的散热需求。
5.2 绿色环保未来的散热器将更加注重节能环保，采用更环保的材料和设计，减少能源消耗和环境污染。
散热器铜片的作用与用途
散热器铜片的作用与用途
散热器铜片是散热器的重要组成部分，其作用是增加散热器的散热面积，提高散热效果。
下面将从散热器铜片的材料特性、结构以及用途三个方面进行详细阐述。
首先，散热器铜片的材料特性决定了其具有良好的导热性能。
铜是一种优良的导热材料，具有高热传导率、低电阻率和良好的可塑性，能够迅速将散热器吸收的热量传递到周围环境中。
此外，铜还具有耐腐蚀性强、耐高温性好等特点，能够在恶劣环境下长时间稳定工作。
其次，散热器铜片的结构设计合理，能够增加散热面积。
散热器铜片通常采用复杂的薄片结构，通过变宽、变厚等方式提高片间距，使得热量能够更均匀地分布在铜片上。
在此基础上，还可以采用波纹状、鳞片状等特殊的结构设计，进一步增加热扩散的表面积，提高散热效果。
此外，通过引入蓄热物质（如金刚石粉末、蓄热胶等）填充铜片的空隙，也可以提高散热器的热容量，降低温度波动。
最后，散热器铜片在电子、机械、汽车等领域具有广泛的应用。
在电子领域，散热器铜片常用于电脑、手机、电视等电子设备中，以吸收和散发设备产生的热量，保持设备的正常运行温度。
在机械领域，散热器铜片广泛应用于发电机组、空调设备、风冷设备等，能够有效地将工作时产生的热量散发出去，保护设备的正常工作。
在汽车领域，散热器铜片被广泛应用于汽车发动机的散热器中，以降低发动机温度，确保其正常工作。
总之，散热器铜片作为散热器的重要组成部分，能够增加散热面积，提高散热效果。
其材料特性良好，结构设计合理，广泛应用于电子、机械、汽车等多个领域，发挥着重要的作用。
在未来的发展中，随着科技的进步和需求的增长，散热器铜片的性能和应用领域还将进一步扩展。
散热器类型及应用
散热器的分类及适用范围一、按照制造材质分：1、铸铁型：结构简单，防腐性好，使用寿命长，热稳定性好等优点，但是金属耗量大，金属热强度低于钢制散热器。
它分为：（1）翼型散热器。
异形散热器又可分为圆翼型和长翼型。
翼型散热器制造工艺简单，长翼型造价也较低，但翼型散热器的金属热强度和传热系数较低，外形不美观，灰尘不宜清扫，特别是他的单体散热量较大，设计时不易恰到好处的组成所需的面积。
（2）柱形散热器。
柱形散热器是呈柱状的单片散热器，外表面光滑，每片各有几个中空的立柱连接。
根据散热面积的需要可把各个单片组合装在一起形成一组散热器。
我国目前常用的有二柱和四柱两种类型。
柱形散热器有带脚和不带脚两种片型，便于落地和挂墙安装。
它与翼型散热器相比金属热强度和传热系数较大，外形美观，易于清除积灰，容易组成所需面积，因而得到广泛应用。
2、钢制散热器：它分为：（1）闭式钢串片对流散热器。
由钢管钢片联箱及管接头组成，钢管串片两端折边形成封闭型。
许多封闭垂直空气通道，增强了对流换热能力，同时也使串片不易损坏。
（2）板型散热器。
有面板，背板，进出水口接头，放水门固定套组成背板有带对流片和不带对流片两种板型。
（3）钢制柱形散热器。
每片也有几个中空立柱。
用厚冷轧钢板冲压延伸形成片状半柱形，两片半柱形钢片经压力滚焊复合成单片，单片间经气体弧焊连接成散热器。
（4）扁管型散热器。
它的板型有单板，双板，单板带对流片，双板带对流片之分。
单双板表面均为光滑面，板面温度较高，有较多的辐射热。
带对流片的单双板散热器每篇的散热量比不带的大，主要为对流散热。
钢制散热器与铸铁散热器对比：1，金属耗量少，金属热强度是铸铁的3倍左右；2，耐压力强度高，约是铸铁的2倍，适用于高层建筑和高温水供暖系统；3，外形美观整洁，占地小，易于安装布置；4，除钢制柱形散热器外，钢制的水容量小，热稳定性差，当供水温度偏低和采用间歇供暖时散热效果明显降低；5，容易腐蚀，使用寿命短。
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根据热传导的途径来说，散热相应有以下三种主要方式：
一、散热片导热式散热
1、良好接触面：要求发热件与散热片要有良好接触，尽可能降低接触热阻，所以最好有大的接触面，接触面还需要有较高的光洁度，为了弥补因接触面的粗糙而导致的贴合不良，可以在中间涂抹导热脂，可以有效降低接触热阻；
2、良好的导热材料：铜、铝都有较好的导热性能，铜的导热系数虽然优于铝，但铜有密度太高、价格贵的缺点，所以实际应用中铝材是应用最多；
3、散热片固定方式：这个也是比较重要的一环，如果不能把发热件与散热片良好接触，也是无法有效把热量传导到散热器上的，应用中有直接用螺丝钉紧固的，也有用弹簧片压固的，可以根据需要选择设计，需要说明的是，有些功率器件和散热片之间有绝缘要求，中间选用的绝缘材料就一定要选用低热阻的材料，比如：聚脂薄膜、云母片等，实际安装中还要注意固定位置应使用受力均匀分布；
4、散热片的形状：包括页片与基材的形状尺寸，要有尽可能加大散热表面积，这样散热片的热量才能快速与周围空气对流，比如说增加页片数目、在页片上做波浪纹都是好办法；基材要厚一些比较好，长而薄的散热片效率很差，在远端基本上是不起作用的了；
二、对流散热
1、自然对流：发热器件或者散热片的热量可以是依靠自然对流散热，这样的话，发热件或者散热片最好以长边取为垂直方向为佳，而且要尽量使散热片的横断面与水平面方向平行，因为热空气是上升的，这样才比较有利于空气流通，象单面页片式的散热器就比较适合安装在机体背板以自然对流方式散热；
2、强制对流：采用风扇强制吸、排的方式拉动一个风场来加强空气对流，是比较有效的散热方式，可以根据需要选择合适的风扇规格与数目，在设计上要注意的有这么几点：
A、各风扇风场方向要一致，不要互相打架，否则效率肯定大打折扣，对机箱内部来说最好有相应的进风口与出风口，可以参考一下下面的附图，是一块显卡的散热设计；
B、采用强制风冷时，对于页片式散热片来说，要使页片方向与风道气流方向一致
c、机箱上要根据风场的需要留出相应的散热孔，散热孔并非越多、越大就越好，首先散热孔的大小根据不同的安规等级有相应限制，还要考虑EMI的要求（可以参考一下附图）；另外，重为重要的是：散热孔的分布要与风道气流的流向吻合，
三、辐射散热
这种散热方式给设计者留出的空间相对较少，对于发热器件与散热片来说，表面光洁度越高，辐射效率越差，所以比较廉价而且较有效的一个手段是把铝型材散热器表面做氧化处理，这层氧化层可以大大改善辐射效率（比如，一个表面研磨光洁的散热片，表面辐射率可能在0.1左右，做过氧化处理后，辐射率的值可以升高到1
散热结构一般来讲是指强迫风冷，
1、风机的先择：选择风机时，应考虑的因素包括：风量，风压，效率，空气流速，系统或风道的阻力特性，应用环境条件，噪声，以及体积，重量等，其中风量和风压是主要参数，要求风量大，风压低的设备，尽量采用軸流式风机，(反之，则选用离心式风机)；所选风机的风量或风压不能满足要求时，可以采用串联或并联的方式来满足要求。
2、风机的安装：A, 外壳进风孔（或出风孔）的总面积要不小于风机总的通风面积；B, 风机不论是抽风还是鼓风，安装时都最好不要直接贴装在开孔的钣金上；
3、风道的设计：风道要短而直，拐弯要少；在结构尺寸不受影响时，增大风道面积可减小压力损失，同时可降低风机的噪声；当风道进口需要安装防尘时，在防尘的效果和流体阻力之间要权衡；元件应按叉排列方式，这样可以提高气流的紊流程度，增强散热能力。
补充一个完整的说明：
P=H*A*η*△T
P：散热片与周围空气的热交换总量（W）；
H：散热片的总热传导率（W/CM2*℃），由辐射及对流两方面决定；
A：散热片表面积（CM2）；
η：散热片效率，由散热片的材料及形状决定；
△T：散热片的最高温度与周围环境温度之差（℃）
業界一般來說: 評價產品散熱性能用熱阻 Rthermal=△T/P
△T=Tcase-Tamb (就是發熱源最高溫度-整體表面溫度)
P=UI (就是發熱攻率)
风路设计方法
风路设计方法
v 自然冷却的风路设计
Ø 设计要点
ü机柜的后门(面板)不须开通风口。
ü底部或侧面不能漏风。
ü应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。
ü机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间。
ü对散热器采用直齿的结构,模块放在机柜机架上后,应保证散热器垂直放置,即齿槽应垂直于水平面。
对散热器采用斜齿的结构,除每个模块机箱前面板应开通风口外,在机柜的前面板也应开通风口。
风路设计方法
v 自然冷却的风路设计
Ø 设计案例
风路设计方法
v 自然冷却的风路设计
Ø 典型的自然冷机柜风道结构形式
风路设计方法
v 强迫冷却的风路设计
Ø 设计要点
ü如果发热分布均匀，元器件的间距应均匀，以使风均匀流过每一个发热源. ü如果发热分布不均匀，在发热量大的区域元器件应稀疏排列，而发热量小的区域元器件布局应稍密些，或加导流条，以使风能有效的流到关键发热器件。
ü如果风扇同时冷却散热器及模块内部的其它发热器件，应在模块内部采用阻流方法，使大部分的风量流入散热器。
ü进风口的结构设计原则：一方面尽量使其对气流的阻力最小，另一方面要考虑防尘，需综合考虑二者的影响。
ü风道的设计原则
风道尽可能短，缩短管道长度可以降低风道阻力；
尽可能采用直的锥形风道，直管加工容易，局部阻力小；
风道的截面尺寸和出口形状，风道的截面尺寸最好和风扇的出口一致，以避免因变换截面而增加阻力损失，截面形状可为园形，也可以是正方形或长方形；
风路设计方法
v 强迫冷却的风路设计
Ø 典型结构。