强迫风冷散热器计算工具
散热器散热量计算
散热器散热量计算散热器散热量计算00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一般来说△T已经计算出来，F是散热面积，传热系数K，可通过类似散热器中计算出来或者从经验得到的，这种计算方法一般用在还没有经过热工检验，正在试制的散热器中。
散热器的表面积计算
散热器的表面积计算:S = 0.86W/(△T*a))(平方米)式中△T——散热器温度与周围环境温度（Ta）之差（℃）；a——传导系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。
a的值可以表示为:A = Nu*λ/L式中λ——热电导率由空气的物理性质决定；L——散热器海拔高度()；Nu——空气流速系数。
Nu值由下式决定Nu = 0.664* [(V/V1)^(1/2)]*[Pr^(1/3)]式中 V——动黏性系数，是空气的物理性质；V1——散热器表面的空气流速；Pr——参数（见表1）。
散热器选择的计算方法一，各热参数定义：Rja———总热阻，℃/W；Rjc———器件的内热阻，℃/W；Rcs———器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；Rsa———散热器热阻，℃/W；Tj———发热源器件内结温度，℃；Tc———发热源器件表面壳温度，℃；Ts———散热器温度，℃；Ta———环境温度，℃；Pc———器件使用功率，W；ΔTsa ———散热器温升，℃；二，散热器选择：Rsa =(Tj-Ta)／Pc - Rjc -Rcs式中：Rsa（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。
Tj 和Rjc 是发热源器件提供的参数，Pc 是设计要求的参数，Rcs 可从热设计专业书籍中查表,或采用Rcs=截面接触材料厚度/（接触面积X 接触材料导热系数）。
（1）计算总热阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)／Pc（2）计算散热器热阻Rsa 或温升ΔTsa：Rsa = Rja－Rtj－RtcΔTsa＝Rsa×Pc（3）确定散热器按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rsa 或ΔTsa和Pc 选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或ΔTsa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的热阻散热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热器流阻曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风扇。
散热器(肋片)研究报告
研究总结报告——散热器（肋片）仿真总结一、研究内容散热器设计是决定散热器效能的最重要因素，从散热的过程来看，分为吸热、导热、散热三个步骤。
热量从芯片中产生，散热器与芯片接触端要及时吸取热量，之后传递到散热片上或其它介质当中，最后再将热量发散至环境当中。
因此，散热器设计应从这三个步骤入手，分别将吸热、导热、散热的性能提升，才能获得较好的整体散热效果。
常见的肋片形式有以下几种：平行矩形直肋、平行矩形针肋、交错矩形针肋、平行圆柱针肋、交错圆形针肋。
他们的适用场合、生产工艺、散热性能各不相同，本文就常见强迫风冷散热形式建模，仿真分析以上几种肋片形式散热器的散热性能。
肋片尺寸直接约束着肋片的散热性能，其影响可以在肋片传热的近似解中看到。
图1是常见的矩形等截面直肋的形状尺寸示意图。
图 1 矩形直肋形状尺寸示意图设温度在与x轴垂直的截面上均匀分布，即只是x的函数，肋片导热系数为k，肋表面对周围流体的换热系数为h，周围流体温度为tf，肋根温度为t0，截面不变（等截面面积Ac和周长U为常数），肋厚为U，肋厚为δ。
把肋片的某一微元体dx视为稳态系统，设单位时间导入、导出微元段的热量为Qx和Qx+dx，微元段向周围介质的对流换热热量为Qc，根据能量守恒原理，其热平衡关系为（1-1）根据文献[26]中的推导，可得到肋片的肋效率为（1-2）设肋片表面积为A1，两肋之间的平壁面积为A2，则肋片总换热面积Ah为（1-3）两肋之间平壁温度为t0，肋片表面温度为tl（仍假设沿肋横截面的温度均匀分布，但沿肋x方向tl不是常数），则肋片表面的对流换热热流量为(1-4)式中，为肋表面的平均温度。
根据肋效率的定义，可用肋效率表示成(1-5)于是式(5-4)可变为(1-6)肋片的数量主要是影响肋片与地面的接触面积和类间距两方面，从而改变散热器的散热性能，增加肋片数量，会增大肋片与底面的接触面积，但同时会减小肋间距，所以这一矛盾的存在预示着肋片数目存在着一个最佳数目值，这个值使散热器的散热效率达到最高。
强迫风冷散热器设计计算
1.风机选择计算:q =1.4×QC p ρair ∆T air×60Τm 3min.注：1.∆T air 小功率取10，中功率取15，大功率取202.一般按经验系数1.4来选择风机风机输入参数：1.风量q ：1Τm 3min.=35.318CFM2.风压P ：1Incℎ.H 2O =249.1Pa3.P-Q 公式：P =a ∗q +b Pa注：轴流风机一般工作在后1/3段，将其看作线性段算出斜率a 与常数b 用来计算实际工作的风量与风压2.系统阻力计算:∆P =ξ1+ξ2+4∗f L d e×ρair V 22Pa局部收缩ξ1=0.5×1−ΤA 0A 1ΤA 0A 1：通风面积比局部放大ξ2=1−ΤA 0A 12沿程阻力系数f 莫迪图紊流的经验公式较多，选择其中较准的两个公式，计算结果差异较大时参考莫迪图较准层流f =Τ64Re 雷诺数Re =d e Vυair ≤2800V 使用风机最大风量紊流：f =0.0055×1+20×Kd e+1×106Re13Re 3×103~1×106紊流(柯尔布鲁克）：1√f=2log 10d eK+1.14−2log 101+9.35d eKRe√f 粗糙度K =0.0015×10−3m散热器长度L 当量直径d e =2W s H f W s +H fm风速VP-Q 公式：∆P =c ×q 2进出风口面积（开孔面积）无风机侧>有风机侧3.风机工作点计算：利用公式P =a ∗q +b & ∆P =c ×q 2求出风机的实际工作点1.风量q 1：2.风压P 1：3.风速V 1：4.散热器热阻计算:R =R 1+R 2=H b λA 2+1ℎA 3ηΤK W导热热阻R 1：基板厚度H b m & 基板面积A 2m 2& 散热器导热系数λW/m ∙K 对流换热热阻R 2：换热表面积A 3=A 3′+A 3′′=Ws L(N f −1)+(2H f +W f )LN f m 2换热总效率η=A 3′+ηf A 3′′A 3ηf =tanh mH fmH fm =H f U λA lU =2(L +W f )A l =LW f对流换热系数：ℎ=N μλ/d e准则方程层流N μ=1.86Re 1P r d e L Τ13μl μw0.14Re 1=d e V 1υair准则方程紊流N μ=0.023Re 10.8P r 0.4∆T =QR5.输出结果:1.风量q 1& 风压P 1&.风速V 1：2.基板温度T w1利用模块的热阻参数以及接触热阻计算T j 确认其低于设定值。
Icepak分析散热器CUGM
应用icepak分析强迫风冷散热器欧关怀信息产业部电子二十九研究所摘要本文介绍了应用icepak、Qfin等软件对一个强迫风冷散热器进行计算、仿真分析、优化的过程和结果。
1 引言本文所叙述的风冷散热器，总功率为500W，设计进风温度为50℃，要求冷板最高点温度≤85℃，由于条件较苛刻，因此对散热器设计提出了较高的要求。
我们首先用一般数学计算方法（借助计算机）对散热器进行计算，得到较佳的散热器参数（散热齿高度、厚度、间距）及需要的风量，初选风机；然后用专业热分析软件icepak建立模型、进行仿真分析；最后用了散热器优化软件Qfin对散热器进行了优化，再根据优化结果，确定散热器参数。
本文叙述了对散热器进行分析、优化的过程和结果，通过这些软件的综合应用、相互映证，可以提高计算精度、优化结构参数，使散热器满足设计要求，并尽量达到最佳的散热效果，提高设备可靠性。
2 组成与结构散热器的组成与结构如图1所示。
图1 散热器结构该散热装置主要由以下部分组成：发热器件两个，散热器，风机两个，通风风道。
处于散热器上面的为发热器件1，总功率为400W，主要集中在前面，即前面部分360W，其余部分40W；处于散热器下面的为发热器件2，功率100W，均匀分布。
3 确定散热器基本参数根据已知条件、借助经验设定散热器尺寸参数、风机风量，通过公式对散热器性能进行计算，可得到散热器基板平均温度，然后根据计算结果调整尺寸参数及风量，再计算，通过反复几次计算就可以得到一组满足散热条件、且散热性能较好的散热器参数，并选定风机。
4 icepak计算模型根据散热器结构及初步计算、分析得出的散热器参数，建立icepak计算模型如图2所示。
openingFan1Fan2图2 icepak计算模型计算模型包括以下部分：a.热源(sources)：发热器件1简化成两个热源，一个为360W（source 1），尺寸60mm×120mm，另一个为40W（source 2），尺寸60mm×180mm,此两个热源紧贴在一个块(block 1)上，block 1紧贴在散热器的散热齿顶面；发热器件2简化成一个热源（source 3），功率100W，尺寸150mm×330mm，紧贴散热器基板上。
大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件
大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件2012-03-12 14:17:31作者：来源：中国电力电子产业网文章概要如下：一、计算公式为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定：1，散热器是由很多块金属平板组成，平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板，平板之间存在间隙，散热器的基本单元是一块平板;2，平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。
平板的横截面积A =L × b;3，由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示，平板(齿片)数为n ;4，由此可见，参数L即为散热器长，或称“截长”;5，设散热器端面周长为“S”。
大功率半导体器件安装在基板上，工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。
散热器平板周围是空气。
风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。
所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和：Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻)引用埃克尔特和..德雷克着的“传热与传质”中的基本原理和公式。
推导出如下实用公式：Ks 为散热器金属材料的导热系数。
20℃时，纯铝：KS = 千卡/ 小时米℃;纯铜：Ks = 332 千卡/ 小时米℃;参数L、l、b、S的单位：米;风速us 单位：米/秒如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L，忽略两端面的面积，散热器的总表面积为： A = S L 。
代入上式后，强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成：对某一型号的散热器来说参数 Ks、b、n、S 都是常数。
用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻，并可作出相应曲线。
本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。
主要有：ⅰ，受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。
如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关，本文选用的是20℃时的纯铝。
基于强制风冷的IGBT_用翅片散热器仿真分析与结构优化
边界条件是流体在边界上流动和传热过程中控制方 程满足的条件。在该模型中，滑移壁面的边界条件是假设 壁面无黏性效应，即无边界层扰动影响 ；层流接口中进口 边界条件为风扇入风口，法向流的静压曲线数据见表 2， 温度为 298 K，绝对压力为 101 325 Pa，出口边界条件为 静压为 0 Pa 并抑制回流。对网格进行手动划分，以避免由 物理场控制网格出现结果不收敛的问题，模型求解自由度 为 835 014，包括 324 235 个内部自由度，156 456 个网格
芯片温度分布随散热翅片厚度、翅片数量以及流体域大小等因素变化的规律。结果表明，当翅片厚度为2 mm、
数量为40片且流体域尺寸为637.5mm×483.0mm 时，散热效果最好。
关键词 ：翅片式散热器 ；强制风冷 ；IGBT 模块 ；COMSOL Multiphysics ；有限元仿真
中图分类号 ：TK 172
顶点。
3 原结构散热器温度场分析
通过 COMSOL Multiphysics 软件的后处理功能得到的 逆变器芯片以及散热器的温度分布云图如图 3 所示。由图 3 可知，IGBT 芯片最高温度为 111.0 ℃，散热器背板的最 高温度为 48.8 ℃，而模型最低温度均为 24.9 ℃，即最低 温度分布在散热器翅片末端，芯片与散热器的最大温差为 86.1 ℃，整体温差很大。由图 3（b）可知，由于强制风冷 的作用，因此出风口端的温度明显比入风口端高，风扇对 温度分布的影响十分明显。
散热器面积计算表
散热器面积计算表散热器面积计算表是用于计算散热器表面积的一种工具。
散热器是用于散热的设备，广泛应用于电子设备、汽车发动机、工业设备等领域。
散热器的表面积大小决定了其散热效果的好坏，因此，对于设计和选型散热器来说，计算散热器表面积非常重要。
参数，值------，----长度， 30 cm宽度， 20 cm高度， 10 cm材料，铝散热器形状，矩形散热要求，100 W/cm²根据上表中给出的参数，可以按照以下步骤计算散热器的表面积：1. 计算散热器的底面积：底面积 = 长度×宽度= 30 cm × 20 cm = 600 cm²。
2. 计算散热器的侧面积：侧面积 = （长度× 高度）× 2 + （宽度× 高度）× 2 = （30 cm × 10 cm）× 2 + （20 cm × 10 cm）× 2 = 600 cm² + 400 cm² = 1000 cm²。
3. 计算散热器的表面积：表面积 = 底面积 + 侧面积= 600 cm² + 1000 cm² = 1600 cm²。
4. 根据散热要求，计算散热器的最小表面积：最小表面积 = 散热要求 / 散热器形状= 100 W/cm² / 10 cm² = 10 cm²。
5.判断散热器的实际表面积是否满足最小要求：如果实际表面积大于最小表面积，则散热器满足散热要求；如果实际表面积小于等于最小表面积，则散热器不满足散热要求。
散热器面积计算表的使用可以帮助工程师设计和选择合适的散热器，确保散热器的散热效果达到要求。
同时，散热器面积计算表也可以用于评估现有散热器的散热性能，从而优化散热系统。
对于需要大量使用散热器的领域，如电子设备制造和汽车工业，散热器面积计算表的使用可以提高工作效率，降低成本。
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动力黏度Pa.s μ*10^6
40 1.013 1.128 1005 16.96 0.699 2.76
3.19
19.1
45 1.013 1.110 1005 17.46 0.699 2.80
3.15
19.4
50 1.013 1.093 1005 17.95 0.698 2.83
40 45 1.013 1.128 1005 16.96 0.699
3.19 19.1
风机参数 进出风口空气△t 计算风量 [m3/min.] 计算风量 [CFM] 风机风量 [m3/min.] 风机风量 [CFM] 风机静压 [Inch.H2O] 风机风量q1 [m3/min.]
风机静压P1 [Pa]
10 45.94 1623 46.38 1638 4.02 46.38
0
42 120 1001
31.5
0.773 -27.4 1270.7
0.0
20.23 714 0.337 2.88 717 13.7
层流/紊流选择 需进行规划求解 需输入参数
空气参数 全管长平均温度Tf ℃ 气压100kpa 空气密度ρ kg/m3 比热容J/(kg.k) 运动粘度m2/s ν*10^6 普朗特数Pr 导热系数W/m.℃ λ*10^2
Nf
导热系数W/m.℃ λ de [m] 导热侧面积A1 [m^2] 对流换热面积A2 [m^2] 翅间面积A2 [m^2] 翅片面积A2 [m^2] 通风面积A0 [m^2]
521 300 78 63 15
1 3
131
208 0.0057
0.16
5.11
0.12 4.99 0.02
空气参数 环温 [℃] 全管长平均温度Tf
功耗参数 Q [W]
tw2 Re 工作Re 层流-努谢尔特数Nu 紊流-努谢尔特数Nu 过渡流-努谢尔特数 Nu 努谢尔特数Nu 换热系数h [W/m2.K] m 翅片效率ηf 总效率η 总热阻R [K/W] 导热热阻R1 [K/W] 对流热阻R2 [K/W] △t [℃] △t1 [℃] △t2 [℃] 基板温度tw1 [℃] 肋壁温度tw2 [℃]
气压100kpa
空气密度ρ kg/m3
比热容J/(kg.k)
运动粘度m2/s ν*10^6 普朗特数Pr 导热系数W/m.℃ λ *10^2 膨胀系数℃-1β*10^6 动力黏度Pa.s μ*10^6
截面积A1 [m^2]
0.04
通风面积比Ka 粗糙度K [m] 收缩局部压损系数Kc 扩大局部压损系数Ke 层流-沿程阻力系数f 紊流-沿程阻力系数f 紊流-沿程阻力系数f
6200
75 10624 4633
7.4 17.1 14.4 14.4 69.6 25.9 0.57 0.58 0.005 0.000 0.005 33.1 2.9 30.2 78 75
散热器参数 散热器宽度W [mm] 散热器长度L [mm] 散热器高度H [mm] 翅片高度Hf [mm] Hb [mm] Wf [mm] Ws [mm]
风机风量q2 [m3/min.] 风机静压P2 [Pa] 风机静压 [Pa]
风机风速 [m/s]
风机风量 [m3/s] P-Q后半段斜率b p=b*q+c P-Q后半段常数c p=b*q+c
0=a*q^2-b*q-c
风机工作风量 [m3/min.] 风机工作风量 [CFM] 风机工作风量 [m3/s] 风机工作静压 [Inch.H2O] 风机工作静压 [Pa] 风机工作风速 [m/s]
紊流-沿程阻力系数f
沿程阻力系数f 系统压降系数a 系统压降p=a*q^2
0.60
0.0000015
0.20 0.16 0.006 0.031 紊流 Re 3000~1000000 0.015 紊流 Re >1000000 0.031 紊流 柯尔布鲁克公式 6.0071E-08 规格求解等式结果=0 2.04698442 ≥0.005 0.031 1.75 717
3.1
19.6
55 1.013 1.076 1005 18.46 0.697 2.87
3.05
19.9
60 1.013 1.060 1005 18.97 0.696
2.9
3
20.1