热设计培训讲义(电子科技大学)
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热设计-电子科技大学
3
概述
❖风路的设计方法 ：通过典型应用案例，让学员掌握风路
布局的原则及方法。
❖产品的热设计计算方法 ：通过实例分析，了解散热器
的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法。
❖ 风扇的基本定律及噪音的评估方法：了解风扇的
基本定律及应用；了解噪音的评估方法。
❖ 海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔
λ＝0.3164/Re 0.25
19
热设计的基础理论
❖ 流体动力学基础
➢ 非园管道沿程阻力的计算 引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园
管，只需把园管直径换成当量水力直径。
de=4A/x
➢ 局部阻力
hj＝ξρV2/2
ξ－局部阻力系数 突然扩大： 按小面积流速计算的局部阻力系数：ζ1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。
交流配电单元
监控模块 整流模块
进风口
直流配电单元
交流配电单元
监控模块 风道
整流模块
进风口
直流配电单元
7
风路设计方法
❖ 强迫冷却的风路设计
➢ 设计要点
✓ 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.
✓ 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。
➢ 层流、紊流与雷诺数 层流：流体质点互不混杂，有规则的层流运动。
Re=Vde/ν<2300 层流
紊流：流体质点相互混杂，无规则的紊流运动。 显然层流状态下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流状态下除摩檫阻力 外还存在由于质点相互碰撞、混杂所造成的惯性阻力，因此紊流的阻力 较层流阻力大的多。
概述
❖风路的设计方法 ：通过典型应用案例，让学员掌握风路
布局的原则及方法。
❖产品的热设计计算方法 ：通过实例分析，了解散热器
的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法。
❖ 风扇的基本定律及噪音的评估方法：了解风扇的
基本定律及应用；了解噪音的评估方法。
❖ 海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔
λ＝0.3164/Re 0.25
19
热设计的基础理论
❖ 流体动力学基础
➢ 非园管道沿程阻力的计算 引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园
管，只需把园管直径换成当量水力直径。
de=4A/x
➢ 局部阻力
hj＝ξρV2/2
ξ－局部阻力系数 突然扩大： 按小面积流速计算的局部阻力系数：ζ1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。
交流配电单元
监控模块 整流模块
进风口
直流配电单元
交流配电单元
监控模块 风道
整流模块
进风口
直流配电单元
7
风路设计方法
❖ 强迫冷却的风路设计
➢ 设计要点
✓ 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.
✓ 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。
➢ 层流、紊流与雷诺数 层流：流体质点互不混杂，有规则的层流运动。
Re=Vde/ν<2300 层流
紊流：流体质点相互混杂，无规则的紊流运动。 显然层流状态下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流状态下除摩檫阻力 外还存在由于质点相互碰撞、混杂所造成的惯性阻力，因此紊流的阻力 较层流阻力大的多。
热设计培训讲义
⑴ 叉指形散热器（GB7423.3-87）,如图2-2； ⑵ 型材散热器（GB7423.2-87）,如图2-3 。
叉指形散热器 适合于中、小 功率器件的散 热；型材散热 器适合于中功 率器件的散热。
2.2 肋片散热器的传热性能
取如图所示的单个等截面矩形肋进行分析。 肋片分析的前提： ⑴ 肋片材料的导热系数λ为常数； ⑵ 肋片表面的对流换热系数α为常数； ⑶ 周围环境温度为常数； ⑷ 肋高l远大于肋厚δ； ⑸ 肋片内部无热源。
A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导热系数，单位 W/(m· K)，它是表征材料导热能力优劣的物性参数。
定义热流密度：
q Q A W /m
2
对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：Q
T Rt
由此可得导热热阻计算公式为： R t
A
K /W
电 位 差 U 导热问题的热电比拟关系： 电 流 I 电 阻 R
L V g T
2
用准则方程求出Nu后，即可求出对流换热系数：
1
Nu L
⑵ 在紧凑式传热型面中，大量实验数据是以柯尔朋传热因子j和 n Re数的关系曲线提供的，即： j C 1 R e
传热因子j的定义为：
j NuPr Re
1 / 3
2/3 故紧凑式型面的对流换热系数为： j u c p / P r
2 肋片内部导热热阻 外表面对流热阻
定义毕渥数
Bi
理论推导的加肋有利条件： B i 1 等截面矩形肋和三角形肋，实验证实的加肋有利条件：
B i≤ 0.25
因此设计肋片时应注意：
⑴ 为了减小Bi数，肋片材料的导热系数应选得大，肋片 厚 度以薄为宜； ⑵ 为了使Bi数小，散热肋片应置于表面传热系数较小的一 侧（一般宜放在空气侧）。
叉指形散热器 适合于中、小 功率器件的散 热；型材散热 器适合于中功 率器件的散热。
2.2 肋片散热器的传热性能
取如图所示的单个等截面矩形肋进行分析。 肋片分析的前提： ⑴ 肋片材料的导热系数λ为常数； ⑵ 肋片表面的对流换热系数α为常数； ⑶ 周围环境温度为常数； ⑷ 肋高l远大于肋厚δ； ⑸ 肋片内部无热源。
A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导热系数，单位 W/(m· K)，它是表征材料导热能力优劣的物性参数。
定义热流密度：
q Q A W /m
2
对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：Q
T Rt
由此可得导热热阻计算公式为： R t
A
K /W
电 位 差 U 导热问题的热电比拟关系： 电 流 I 电 阻 R
L V g T
2
用准则方程求出Nu后，即可求出对流换热系数：
1
Nu L
⑵ 在紧凑式传热型面中，大量实验数据是以柯尔朋传热因子j和 n Re数的关系曲线提供的，即： j C 1 R e
传热因子j的定义为：
j NuPr Re
1 / 3
2/3 故紧凑式型面的对流换热系数为： j u c p / P r
2 肋片内部导热热阻 外表面对流热阻
定义毕渥数
Bi
理论推导的加肋有利条件： B i 1 等截面矩形肋和三角形肋，实验证实的加肋有利条件：
B i≤ 0.25
因此设计肋片时应注意：
⑴ 为了减小Bi数，肋片材料的导热系数应选得大，肋片 厚 度以薄为宜； ⑵ 为了使Bi数小，散热肋片应置于表面传热系数较小的一 侧（一般宜放在空气侧）。