散热基本理论分析
封闭式机箱的散热分析
f
R=2.96
R=23.15
R=0.22
R=0.11
R=
R=0.23
a
b
c
d
1e
Qa
Qb
Qc
Qd
chassis
芯 片
110 的 散 热 分 析
计算得到各散热路径上的热阻值，通 过由模拟电路分电流定律可以计算各 个支路的热流量，然后由公式Δt=QR 可以得到各个热阻引起的温升 ，把各 段的温升累加起来，从而得到芯片核 心到箱体的温降。
章
解
析
芯片1145的
散热分析
计
解析 计算
芯片8245的 散热分析
算
箱体内部空 气的散热分
析
箱体侧面 的散热分析
芯 片
110 的 散 热 分 析
drb1-4 drb1-5
drb1-3
板N
drb1-2 drb1-1
a
板M 导热板110的结构尺寸图
air
air
air
芯片110
drm1 drb1-1 drb1-234 drb1-5 drm2
机箱底部结构尺寸和结点位置
机箱底部模拟热阻图
利用热平衡法，列出各个节点的离散方程
节点1：
Q2 1 Q5 - 1 Q6 - 1 Qair - 1 Q1 0
节点2：
Q1 2 Q3 2 Q5 2 Qair - 2 0
节点3：
Q2 3 Q4 3 Q5 3 Qair 3 Q3 0
箱 体
序 号
名称
热量 （W）
箱体内部空 气的吸热量来源
内
1 主板 8
于芯片110，芯 片8245，芯片
部
2 控制板 1
自然散热仿生结构-概述说明以及解释
自然散热仿生结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述自然散热是指通过自然的方式将热量从一个物体传递到周围环境的过程。
在自然界中，各种生物和生物体都具备自身的散热机制，以保持体温的平衡或者调节环境温度。
这些自然散热的机制饶有趣味，且在科学研究以及工程应用中具有广泛的意义。
本文将重点讨论自然散热的仿生结构，也就是基于生物体自身散热机制的仿生设计。
通过模仿和借鉴生物体的特点和机理，科学家和工程师们可以设计生物启发的结构和装置，实现高效的散热效果。
文章将首先介绍自然散热的意义，包括体温调节、环境适应等方面。
然后将探讨仿生结构在散热领域的应用，包括仿生散热材料、仿生散热器等。
通过对已有的研究和实验结果的分析，我们将探讨仿生结构在散热领域的潜力和前景。
最后，文章将对本文进行总结，并展望未来对自然散热仿生结构的深入研究方向。
希望通过本文的分析和介绍，能够引起更多科学家和工程师对于自然散热仿生结构的关注和研究，并为今后的科技发展提供一定的参考和借鉴。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述自然散热仿生结构的相关内容：1.2.1 研究背景首先，将介绍自然散热与能源消耗之间的关系，以及现代社会对于节能减排的迫切需求。
同时，也会简要介绍目前传统散热技术的局限性和不足，为后续的仿生结构应用做好铺垫。
1.2.2 自然散热的原理在本节中，将深入解析自然散热的原理。
首先，会对自然散热的概念进行定义和界定，明确其所涉及的相关物理原理和工程应用。
然后，将从自然散热的传热机制、热辐射诱导的散热以及环境因素对散热的影响等方面进行详细探讨。
1.2.3 仿生结构的概述此部分将全面介绍仿生结构的基本概念和理论基础。
通过引入仿生学的相关知识，解释仿生结构的起源、发展历程以及其在各领域中的应用。
同时，也将重点阐述仿生结构在散热领域中的优势和潜在应用前景。
1.2.4 自然散热仿生结构的研究现状在本节中，将回顾与自然散热仿生结构相关的研究成果和先进技术。
电子散热设计基础理论
电子散热设计基础理论内容第一节 概述 1 第二节 热传导 1 第三节 热辐射7 第四节 热对流8 第五节 影响对流换热的因素11 5．1 流体运动产生的原因5．2 流动状态的影响5．3 流体物性的影响5．4 温度因素的影响5．5 几何因素的影响5．6 其他第六节 复合换热20 第七节 模拟分析软件ICEPAK在传热设计中的应用 22附件1，ICEPAK在传热设计中的应用举例电子散热设计基础理论第一节 概 述传热现象在自然界普遍存在，有温差的地方就会有热量传递发生。
具体到在工程技术领域中，掌握传热体系内的传热量和温度分布最具有实际意义。
一般来说，对于无内热源的稳定传热过程，传热量（Q 或q ）和传热温差⊿t 的关系可表示为下列一般形式：Q=qF=⊿t/ R W 或 q=Q/F=⊿t/r W/m 2式中Q 亦称热流量。
q 亦称热流率或热流密度，⊿t[℃]亦称传热推动力，F[m 2]为传热面积，R[℃/W]为热阻，r =RF[m 2. ℃/W]称单位面积热阻.传热的基本方式有传导、辐射和对流三种，但实际换热过程往往是以一种形式为主的复合换热方式。
下面，结合实践经验，对这几种理论分别加以阐述。
第二节 热 传 导同一物体内部或互相接触的物体之间，当温度 不同但没有相对的宏观位移时的传热方式叫热传导 或导热。
微观来看，气体导热基于分子或原子的彼 此碰撞；液体和非导电固体导热的机理是分子或原 子振动产生的弹性波作用；而金属导热则主要靠自由电子的扩散传播能量[s] 。
其微观现象如（图2-1） 热源 所示， 从图中可以看出，热传导是热量从高温部分（图示最红色）往低温部分均匀传递，温度随之降低。
图2-1 热传导微观示意图导热的基本规律是付立叶（J.B.J.Fourier ）定律：式中 代表等温面法向温度梯度，k[W/m ℃]为导热系数，代表物质的导热能力，各类物质的k 值查附录1~8，一般情况下大致为：气体 0.01~0.6 W/m. ℃; 液体 0.01~0.7 W/m. ℃; 非导电固体 0.02~3.0 W/m. ℃; 金属 15~420 W/m. ℃; 绝热材料 <0.23 W/m. ℃;同一物质的k 值并非常量,通常受温度影响较大,但也与纯度、湿度和压力等有关。
外壳散热分析报告
外壳散热分析报告引言外壳散热是一个在电子设备中非常重要的问题。
随着电子产品的发展，电子设备的功耗越来越大，如果不能有效地散热，将会导致设备过热，影响设备的性能和寿命。
因此，对于外壳散热的分析和设计变得非常关键。
本报告将对外壳散热进行分析，结合理论计算和实验数据，评估外壳的散热性能，并给出相应的改进建议。
理论计算外壳散热的理论计算主要是基于热传导的原理。
在这里，我们使用热传导方程来描述热量在外壳中的传导过程：Q = λ * A * (T1 - T2) / L其中，Q表示传导的热量，λ表示热传导系数，A表示传热面积，T1和T2分别表示传热的两个温度点，L表示传热路径的长度。
根据热传导方程，我们可以计算出在给定条件下外壳的传热量。
但是，这个计算只是对于理想情况下的估算，真实的外壳散热情况会受到很多因素的影响。
实验数据为了验证理论计算的准确性，我们进行了一系列的实验，测量了外壳的温度分布和散热效率。
实验数据如下：位置温度（摄氏度）散热效率A 40 80%B 45 75%C 50 70%根据实验数据，我们可以看到，外壳的温度随位置的变化而变化，而散热效率则随温度的增加而降低。
这说明，外壳的散热效果并不理想，需要进一步优化。
散热改进建议根据理论计算和实验数据的分析，我们得出以下散热改进建议：1.提高散热材料的热导率：根据热传导方程可知，热导率对于散热非常关键，因此，我们建议选择具有较高热导率的材料作为外壳材料，以提高散热效率。
2.增加散热面积：根据热传导方程可知，散热面积对于散热也起着决定性作用。
因此，我们建议增加外壳的散热面积，例如增加散热片或散热鳍片。
3.优化传热路径的长度：根据热传导方程可知，传热路径的长度对于散热起着重要作用。
因此，我们建议缩短传热路径的长度，以提高散热效率。
4.使用散热器：散热器是一种常用的散热改进措施。
通过使用散热器，可以扩大散热面积，并提供更好的散热效果。
5.提高流体散热效果：如果外壳内部是流体（如空气），可以通过增加流体的流动速度或者使用风扇等设备来提高散热效果。
散热理论与流场分析基础讲义
微元体中流体的动量随时间的变化率等于外界作用在 该微元体上的各种力之和。
能量守恒方程
微元体中能量的增加率等于进入微元体中的净热流量 加上体力与面力所做的功。
CFD理论基础
流动基本方程——控制方程(通式)
展开
ρ——密度（kg/m3） u——速度矢量（m/s）
CFD理论基础
ui ——微元体沿i方向的速度分量，i=x,y,z; μ——流体动力粘度（N.s/m2） T ——温度（K） k ——对流传热系数 c ——比热容（J/(kg.K)） S ——广义源项
新模型——改进
散热设计与流场分析
流场图
散热设计与流场分析
温度分布
导热系数—— 物性参数
物质热传导率的性质：
λ固体> λ液体> λ气体 λ金属> λ非金属 λ单体> λ化合物
热传导率一般来说与导电率成正比的关系， 导电率好的其热传导率也好。
几种常见的物质热传导率比较：
λ钻石> λ银> λ金> λ铜> λ铝> λ导热膏> λ空气
传热的三种方式——对流
对流： 由于流体的宏观运动，流体各部分间
传热的三种方式——热辐射
热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式叫辐射，
其中因热的原因发出的辐射叫做热辐射。
Ø=εσAF1-2(T4surface-T4surr)
ε ——代表热辐射率 σ ——代表史蒂文波尔兹曼系数 A ——代表物体的表面积 F1-2 ——代表辐射热交换的角度和表面的函数关系， Tsurface ——代表物体表面温度， Tsurr ——代表物体周围环境温度
• 有限体积法(Finite Volume Method FVM)
功率器件的散热计算及散热器选择
不同的管子 Rjc 不同,比如 MJ21195 的 Rjc=0.7℃/W,而 MJE15034 的 Rjc=2.5℃/W.
Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关.
Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热
幅谢,使热阻进一步减少等.图 1-2 给出二条散热面积与热阻的关系曲线,以机壳、底座为散热面积只能算一个面.
其中 T1-T2 为两点温度之差,P 为传输的热功率,RT 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发
的热能越小.于是结温 Tj,环境温度 Ta,管耗 PCM 及管子的等效热阻 RT 之间有以下的关系
Tj-Ta=PCM×RT
(1-2)
若环境温度一定(常以 25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗 PCM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等
量散到周围空间。若没有风扇以一定风速冷却，这称为自然冷却或自然对流散热。 热量在传递过程有一定热阻。由器件管芯传到器件管壳的热阻为 Rjc，器件管壳与散热器之间的热阻为 Rcs，散热器将热
量散到周围空间的热阻为 Rsa，总的热阻 Rja=Rjc+R cs+R sa。若器件的最大功率损耗为 PD，并已知器件允许的结温为 Tj、环 境温度为 TA，可以按下式求出允许的总热阻 Rja。
Rcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等. 若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成 热阻.绝缘层可以是 0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.
散热器选型散热面积理论计算及风扇选择
散热器选型散热面积理论计算及风扇选择散热器的选型主要涉及两个关键因素：散热面积和风扇选择。
为了确保计算准确，我们需要先了解散热器的工作原理和散热器的设计参数。
散热器的工作原理是通过扩大散热面积和促进空气流动来降低设备内部的温度。
散热面积越大，散热效果越好。
因此，散热面积的计算是选型的重要部分。
散热面积的计算需要考虑以下几个因素：1.设备的功耗：设备功耗越大，所需的散热面积也越大。
2.设备的温度限制：不同设备有不同的温度限制，一般来说，设备的温度限制越低，所需的散热面积越大。
3.散热器的材料和结构：散热器的材料和结构也会影响散热面积的计算。
通常，散热器由铝、铜等金属制成，具有一定的散热效果。
4.环境温度：散热器运行的环境温度也会影响散热效果，通常情况下，环境温度越高，所需的散热面积也越大。
在开始散热面积的计算之前，我们需要确认设备的功耗和温度限制。
然后，我们可以根据以下公式计算散热面积：散热面积=(设备功耗*热阻系数)/(设备温度限制-环境温度)其中，热阻系数是散热器材料和结构的参数，反映了散热器的散热效果。
热阻系数可以通过厂商提供的数据手册或实验来确定。
在确定散热面积之后，我们可以开始选择适合的风扇。
风扇的选择主要需要考虑以下几个因素：1.风扇的风量：风量是风扇的一个重要参数，表示单位时间内风扇能够吹过的空气体积。
风量越大，风扇的散热效果越好。
2.风扇的噪音：风扇的噪音也是选择的一个重要因素，特别是对于需要安静环境的设备。
一般来说，风扇噪音越低越好。
3.风扇的电源和控制方式：不同的设备可能对风扇的电源和控制方式有不同的要求。
需要根据实际情况选择合适的风扇电源和控制方式。
4.风扇的尺寸和安装方式：风扇的尺寸和安装方式也需要与散热器相匹配，确保能够有效地进行散热。
在选择风扇之前，我们需要根据散热面积和设备功耗计算所需的风量。
通常情况下，风量可以通过下面的公式计算：风量=散热面积*设备功耗*风量系数其中，风量系数是根据散热器和风扇的特性确定的参数。
机体散热的主要机制
机体散热的主要机制1.引言1.1 概述在机体中，散热是一个重要的生理过程，它是维持机体温度平衡的关键机制之一。
正常体温对于保持身体各种生理功能的正常运行至关重要。
然而，当机体受到外界环境温度升高或者机体自身代谢产生的热量过多时，需要通过散热来将多余的热量排出体外，以保持体温的恒定。
机体的散热主要通过几种机制来实现。
首先，皮肤是机体最大的散热器官。
当机体温度升高时，皮肤的血管会扩张，增加血流量，增加皮肤表面散热的面积。
通过这种方式，机体可以将体内的热量通过皮肤散发到环境中，以达到降低体温的目的。
其次，机体还可以通过出汗来散热。
当机体温度升高时，体内的调节中枢会发出指令促使汗腺分泌汗液。
当汗液蒸发时，会带走部分体表的热量，进而降低机体温度。
此外，呼吸也是机体散热的一种重要方式。
在呼吸过程中，机体会排出一部分热量。
当机体温度升高时，呼吸频率会加快，使得更多的热量通过呼吸排出体外。
综上所述，机体散热的主要机制包括皮肤散热、出汗和呼吸等方式。
这些机制相互协调作用，以保持机体温度在正常范围内。
对于正常的生理功能运行和身体健康的维持，机体散热的重要性不可忽视。
在未来的研究中，我们可以进一步探索机体散热机制的细节和调控过程。
了解这些细节可以帮助我们更好地了解机体对温度变化的适应能力，并为研究和治疗与机体温度调节相关的疾病提供理论基础。
此外，研究新的散热机制和方法也可以为人类适应高温环境、改善生活质量提供新的思路和策略。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括介绍文章的主要结构和各个部分的内容概述。
根据提供的目录，下面是文章结构部分的内容：2. 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
下面将对每个部分的内容进行介绍。
2.1 引言引言部分包括概述、文章结构和目的三个部分。
首先，我们将简要概述机体散热的主要机制，引出本文的研究问题。
接着，将介绍本文的结构，包括各个部分的内容和顺序。
最后，阐明本文的研究目的，明确我们需要解决的问题和目标。
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散热基本理论分析
【摘要】文章主要介绍散热基本理论，指出散热的三种主要方式，分别为导热、对流换热和辐射换热。
三种散热方式在各行各业中的应用各有侧重，对流换热是计算机中最为主要的散热手段，辐射换热是各种高温热力设备中的重要换热方式，而对于TV背光系统，导热是最主要的散热方式。
【关键词】散热背光导热对流辐射
一、散热基本理论
热量的传递有导热、对流换热和辐射换热三种方式。
导热指物体内的不同部位因温差而发生的传热，或不同温度的两个物体因直接接触而发生的传热，是最直接和常用的散热方式；对流换热指流体与温度不同的物体表面接触时，对流和导热联合起作用的传热，我们常见的风扇就是利用对流换热原理加快流体流动速度而进行散热。
辐射换热指的是两个互不接触且温度不同的物体或介质之间通过电磁波进行的换热，这是各种工业炉、锅炉等高温热力设备中重要的换热方式。
二、导热
导热--物体内的不同部位因温差而发生的传热，或不同温度的两物体因直接接触而发生的传热。
从定义中我们不难看出，无论是物体内部的热量传递还是物体与其他物体之间的热量传递都属于导热，传导过程中传递的热量按照Fourier（傅里叶）导热定律计算：Q=λA( Th-Tc)/ξ。
其中λ指的是材料的导热系数，A指的是两个物体的接触面积，Th和Tc分别指的是高温和低温面的温度，ξ为两个面之间的距离。
从公式中不难看出导热的效果与材料的导热系数、接触面积和温差成正比，与两个面之间的距离成反比。
导热系数单位为W/（m*℃）表示了该材料的导热能力的大小，一般来说固体的导热系数大于液体，液体的导热系数大于气体，例如纯铜的导热系数高达400W/(m*℃)，纯银的导热系数约为236W/(m*℃)，水的导热系数就只有0.6W(m*℃)，而空气的导热系数更仅仅为0.025W(m*℃)。
铝的导热系数高而且密度低，所以大多数的散热器都使用铝合金材料，当然如果为了提供散热性能，可以在铝条上增加铜成分或者使用铜散热器，但代价相对较大，因为铜的价格相对昂贵。
图1.导热
三、对流换热
对流换热--流体与温度不同的物体表面接触时，对流和导热联合起作用的传热，这是计算机系统设备上应用最为广泛的一种散热模式。
根据流动的起因不同，对流换热可分为强制对流换热和自然对流换热。
前者是由于风扇或者其他外部动力源而促使的，而后者通常是由于流体自身的温度场的不均匀性造成不均匀的密度场，由此产生的浮升力成为流体运动的动力而进行换热。
对流换热的热量可以按照牛顿冷却定律进行计算：Q=hA（Tw-Tc），其中A为与热量传递方向垂直的面积，Tw和Tc分别为固体壁面和流体的温度。
h为对流换热系数，单位为W(℃*m2)，一般自然对流是对流换热系数为1-10 W(℃*m2)，强制对流时对流换热系数为10-100 W(℃*m2)。
图2.对流换热
四、辐射换热
辐射换热--两个互不接触且温度不同的物体或介质之间通过电磁波进行的换热，物体表面之间通过热辐射进行换热的计算是非常复杂的，其中最为简单的是两个面积相同而且正对着的两个物体表面间的换热，它的计算公式为：Q=A*5.67e-8/（1/εn+1/εc-1）*（Tn4-Tc4）。
式中Tn和Tc分别指的是高温和低温物体的绝对温度，εn和εc分别指的是高温物体和低温物体的发射率，发射率取决于物体的表面温度、自身材料和表面平整度，与外界和自身颜色无关。
PCB表面涂绿油，朔料外壳表面喷漆等都可以提高发射率从而提高辐射换热。
人们常常会认为黑色会提高辐射换热效果，其实这个认识是错误的。
一般物体温度低于 1.8K℃时，有意义的热辐射波长位于
0.38-100um之间，且大部分位于红外波段0.76-20um范围内，在可见光波段范围内，热辐射能量比重并不
大，所以物体自身颜色对热辐射不会有太大的影响。
五、TV背光散热系统分析
目前TV背光散热系统中主要是使用散热铝条将light bar的热量传递至背板，其主要方式为导热，公式为Q=λA( Th-Tc)/ξ。
从公式中我们不难看出，导热的效果与材料的导热系数、接触面积和温差成正比，与两个面之间的距离成反比，所以要提高TV背光散热系统的散热效果有几个方法：
1.提高light bar与散热铝条和提高散热铝条与背板的接触面积，提高light bar与散热条的接触面
积这个方面可以使用导热胶来实现，而提高散热铝条与背板的接触面积需要增加散热铝条的面积和提高背板和散热铝条的平整度来实现；
2.提高导热系数λ，而导热系数与散热铝条的材质有直接关系，通过在铝条中掺杂铜或者直接使用铜
材料散热条都可以很好的改善散热效果，但价格昂贵；
3.使用热管将铝条中的热量转移至背板的其他位置，从而增加背板的散热面积。
六、小结
解决TV背光的散热问题并非只是结构工程师的问题，电子工程师在进行light bar的设计时也应该进行大面积的铺铜来降低light bar上LED的温度，只有大家一起合作才能更好的进行TV背光系统的设计。
参考文献
[1] 热设计培训教材,华为.
[2] FloTHERM基础培训.
[3] 赵惇殳.电子设备热设计,2009,03.。