散热计算模型
电动汽车散热器计算
电动汽车散热器计算
电动汽车的散热器计算是为了确保电动汽车在工作过程中能够保持正常的温度，从而提高电池和电动机等重要部件的使用寿命。
散热器计算一般包括以下几个方面：
1. 散热功率计算：根据电动汽车各个部件的功率和热损耗来计算散热器需要处理的热量。
例如，电池组的功率损耗、电动机的功率损耗、电子控制器的功率损耗等。
2. 散热器面积计算：根据散热功率和散热器的换热能力来计算所需的散热器面积。
根据不同的散热器类型，可以使用不同的换热能力公式来计算。
3. 散热器材料选择：根据散热器工作条件和要求，选择合适的散热器材料，例如铝合金、镀锌板等。
4. 散热风扇选择：根据电动汽车散热器的设计和工作条件，选择合适的散热风扇，保证散热器能够正常工作。
需要注意的是，不同类型的电动汽车可能有不同的散热器计算要求。
因此，在进行散热器计算时，应根据具体的电动汽车型号和要求进行计算和设计。
同时，还需要考虑电动汽车在不同工况下的散热需求，例如高速行驶、低速行驶、急加速等。
[指南]电机通风散热计算简介
![[指南]电机通风散热计算简介](https://img.taocdn.com/s3/m/b3da5f39443610661ed9ad51f01dc281e43a565e.png)
电机通风散热计算简介一、电机通风散热计算目的和意义电机通风散热计算是电机设计的主要内容之一。
电机温升直接影响绕组绝缘寿命，从而关系到电机的运行寿命和可靠性。
现代电机设计多采用较高的电磁负荷，导致电机运行时的温升明显增大，因此，电机热分析显得尤为重要。
电机的热源来源于它自身的损耗，包括铁芯损耗，绕组损耗，机械损耗。
铁芯损耗包括铁芯中主要磁场变化时产生的铁芯损耗，这种损耗一般称为基本损耗。
包括定转子开槽引起气隙磁导谐波磁场在对方铁芯中引起的损耗，以及电机带负载后，由于存在漏磁场和谐波磁场而产生的损耗。
前者称为空载附加损耗，后者称为负载附加损耗。
绕组损耗包括电流在绕组中产生的损耗，这种损耗为基本铜耗。
包括电刷与集电环或换向器接触而产生的损耗，以及工作电流产生的漏磁场和谐波磁场在绕组中产生的损耗，前者称为接触损耗，后者称为绕组附加铜耗。
机械损耗包括轴承波擦损耗，电刷摩擦损耗，转子旋转时引起转自表面与气体间的摩擦损耗以及电机同轴的风扇所需的功率。
一般小型电机损耗所占比重：定子铜耗>转子铜耗>铁耗>机械损耗。
电机本身是一个热源的传导体，其热量传递过程主要是热传导和对流换热过程，即导热和对流的综合过程。
由传热的基础知识可知，上述过程与介质的导热系数和表面传热系数直接有关。
导热系数适当温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的导热量。
导热系数的大小与材料的性质有关，同一材料的导热系数随温度，压力，多孔性和均匀性等因素而变化。
通常温度是决定性因素。
对于绝大多数物质而言，当材料温度尚未达到融化或气化以前，导热系数可以近似地认为是线性规律变化，即：0(1)btλλ=+。
其中λ指温度为零时的导热系数b是由试验确定的常数。
气体固体液体的导热系数彼此相差悬殊。
一般情况下金属>液体>气体>绝缘材料。
由上述内容可知大型电机本身是一个由多种材料组合而成的组合体，它的发热过程较复杂，因而它的温升过程也较复杂，但在一定的容量下，各部分的温升是一定的，温度分布也是一定的。
热力学过程的简化模型和实际分析计算
热力学过程的简化模型和实际分析计算热力学是研究物质系统在温度、压力等参数变化时宏观行为和性质的科学。
在工程、物理、化学等领域，热力学过程的分析和计算是不可或缺的。
然而，实际的热力学过程往往十分复杂，需要通过简化模型来进行研究和分析。
本文将介绍几种常用的热力学简化模型，并对这些模型在实际问题中的应用进行分析和计算。
1. 理想气体模型理想气体模型是热力学中最基本的模型之一，它假设气体分子为点粒子，分子间无相互作用力，且分子与容器壁的碰撞是完全弹性的。
理想气体状态方程可以表示为：[ PV = nRT ]其中，( P ) 表示压强，( V ) 表示体积，( n ) 表示物质的量，( R ) 为理想气体常数，( T ) 表示温度。
实际分析计算假设一个理想气体在等温条件下从容器 A 转移到容器 B，容器 A 的压强为( P_1 )，体积为 ( V_1 )，容器 B 的压强为 ( P_2 )，体积为 ( V_2 )。
根据玻意耳定律（等压变化）：[ P_1 V_1 = P_2 V_2 ]我们可以计算出气体在两个容器中的密度，然后根据实际应用的需求，进一步计算出气体的质量、温度等参数。
2. 热力学循环模型在热力学中，循环模型是描述热力学系统在一定时间内完成一个或多个状态变化的过程。
常见的循环模型有卡诺循环、布雷顿-康普顿循环等。
实际分析计算以卡诺循环为例，假设一个热力学系统在高温热源 ( T_H ) 和低温冷源 ( T_C )之间进行四个状态变化：等压加热、等熵膨胀、等压冷却和等熵压缩。
我们可以根据热力学基本方程和状态方程，计算出循环的效率、功率等参数。
3. 热传递模型热传递模型用于描述热量在物质系统中的传递过程，常见的热传递方式有导热、对流和辐射。
实际分析计算假设一个平面层状物体，上下表面分别为恒温边界条件，我们可以根据傅里叶定律：[ q = -k ]计算出物体内部的温度分布。
再根据实际需求，我们可以计算出物体表面的热流密度、热阻等参数。
冷却塔热力计算的数学模型
7 ( 23)
Κ A + Κ B ) , 如图 2 3c 所示。 无论那种情况, 均使原区间 ( Κ A , Κ B )减 半, 并保持为开区间。取新区间的中点值作为 Κ 值再次代入式 ( 16 ) , 重复上述计算直至满足精 间的后半段, 而原区间变为 ( Κ A ,
式中 Κ A n、 B n —— n 次计算后 Κ取值区间的起、 Κ 终点值 1 证 明式 ( 22 ) : 如以 ( Κ A n+ Κ B n ) 为计算结果, 则 2 按精度控制定义有 1 (Κ ( 24) A n+ Κ B n) - Κ D < Ε Κ 2 Κ D 肯定在开区间 ( Κ A n, Κ B n ) 内, 因而 Κ A n+ Κ Bn 1 ( 25) - Κ D < B n- Κ An Κ 2 2 1 必成立。若 Κ , B n- Κ A n < 2Ε Κ即 Κ B n- Κ An < Ε Κ 2 1 (Κ 必有 , 因此用式 ( 22 ) 作 B n+ Κ A n) - Κ D < Ε Κ 2 为精度控制式是正确的。 另一方面, 当某次计算中选取的 Κ值恰好 与Κ D 非常接近, 使得式 ( 16 ) 计算后满足 ( 26) N - N ’< Ε N 则计算也可结束。 式 ( 26) 中的 Ε N 为冷却数的精 度控制参数, 为了和 Κ的精度要求一致, Ε N 可 由Ε Κ 计算出来, 计算公式及推导过程从略。 上述数学模型可圆满解决冷却塔热力计算 的第一类问题, 对于第二类问题 ( 校核计算) 可 在此基础上略作改进即可。 以上述数学模型编 制的计算机软件使用方便, 计算准确可靠, 可在 工程设计及教学科研中予以应用。 4 参考文献
∫
LED散热计算公式详解..
LED散热计算公式详解..LT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，其正反面图形如图5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→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
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。
机房设备的散热量计算公式
机房设备的散热量计算公式在现代社会中，机房设备已经成为各种企业和机构运行的重要基础设施。
然而，随着机房设备的不断更新和扩展，散热问题也变得越来越重要。
机房设备的散热量不仅影响着设备的稳定运行，还直接关系到机房的能耗和运行成本。
因此，了解机房设备的散热量计算公式成为了非常重要的一项技术。
散热量是指物体由于温度差而向外界传递热量的过程。
在机房中，设备的散热量主要来自于设备内部的电子元件和电路板的工作产生的热量。
一般来说，机房设备的散热量可以通过以下公式进行计算：Q = m c ΔT。
其中，Q为散热量，单位为焦耳（J）；m为物体的质量，单位为千克（kg）；c为物体的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度（J/kg·℃）；ΔT为物体的温度变化，单位为摄氏度（℃）。
在机房中，设备的散热量通常是以功率的形式给出，即单位时间内散热的能量。
因此，可以将上述公式进行改写，得到如下形式：P = Q / t。
其中，P为单位时间内的散热功率，单位为瓦特（W）；t为时间，单位为秒（s）。
通过上述公式，我们可以看到，机房设备的散热量与设备的质量、比热容以及温度变化有关。
在实际应用中，我们通常会根据具体的设备参数和工作环境来进行计算。
首先，我们需要了解设备的质量。
设备的质量通常可以通过设备的规格参数来获取，例如设备的重量等。
在进行计算时，我们需要将设备的质量转换为标准单位，即千克。
其次，我们需要了解设备的比热容。
设备的比热容通常可以通过设备的材质和结构来确定。
一般来说，常见的设备材质如金属、塑料等都有相应的比热容数值。
在进行计算时，我们需要根据设备的具体材质来确定比热容的数值。
最后，我们需要了解设备的温度变化。
设备的温度变化通常可以通过设备的工作状态和环境温度来确定。
在进行计算时，我们需要根据设备的实际工作情况和环境温度来确定温度变化的数值。
通过上述步骤，我们可以得到设备单位时间内的散热功率。
在实际应用中，我们通常会根据设备的功率来确定散热量的大小，并进一步进行散热设计和设备布局。
散热计算模型(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】散热计算模型对灯具的热传导计算方法进行了讨论，提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算，可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。
有利于判断导热结构是否可行。
文中还用一个LED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。
Luxeon 大功率LED在散热性能方面大大地优于普通的小功率LED，电通道和热通道分离开，它的LED芯片都连接在一个金属的嵌片上，散热性能得到很大的改善。
但是，大功率LED用于特种灯具，或用于恶劣环境使用的灯具，这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，如果外壳为非金属（如塑胶）材料，尽管LED连接上了铝基板（MCPCB），但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面，则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升，导致温度过高，增加了LED失效的可能性，造成LED光衰加剧，寿命缩短。
理论上计算灯具散热的情况，灯具的导热理论有许多困难，主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用，而对流是在密闭空腔内的对流，边界条件十分复杂；传导也是要通过多层导热物质、多层界面，截面积通常又是不等的，导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。
由于灯具是在开启后逐渐升温，最后达到热稳定状态，也就是说，热稳定状态时各点的温度最高，所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的温度分布情况并不重要。
对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1]：式中为介质的导热系数，q''''''为热源的发热功率。
由于灯具的结构是多种介质，所以在实际计算中，必须对每一种介质逐一求解上式，计算灯具内的温度场分布是十分困难，而且是没有必要的。
实际上，我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内，只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。
本文对效等电路的热阻算法进行了探讨，热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度，也不必求解灯具内的温度场，直接计算灯具内关注点的温升，困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到，而这一过程往往又是很复杂的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
散热计算模型
对灯具的热传导计算方法进行了讨论，提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算，可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。
有利于判断导热结构是否可行。
文中还用一个LED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。
Luxeon 大功率LED在散热性能方面大大地优于普通的小功率LED，电通道和热通道分离开，它的LED芯片都连接在一个金属的嵌片上，散热性能得到很大的改善。
但是，大功率LED用于特种灯具，或用于恶劣环境使用的灯具，这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，如果外壳为非金属（如塑胶）材料，尽管LED连接上了铝基板（MCPCB），但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面，则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升，导致温度过高，增加了LED失效的可能性，造成LED光衰加剧，寿命缩短。
理论上计算灯具散热的情况，灯具的导热理论有许多困难，主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用，而对流是在密闭空腔内的对流，边界条件十分复杂；传导也是要通过多层导热物质、多层界面，截面积通常又是不等的，导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。
由于灯具是在开启后逐渐升温，最后达到热稳定状态，也就是说，热稳定状态时各点的温度最高，所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的温度分布情况并不重要。
对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1]：
式中为介质的导热系数，q''''''为热源的发热功率。
由于灯具的结构是多种介质，所以在实际计算中，必须对每一种介质逐一求解上式，计算灯具内的温度场分布是十分困难，而且是没有必要的。
实际上，我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内，只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。
本文对效等电路的热阻算法进行了探讨，热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度，也不必求解灯具内的温度场，直接计算灯具内关注点的温升，困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到，而这一过程往往又是很复杂的。
下面以一个实例的计算来说明等效电路的热阻算法。
灯具要求的基本结构如下图，LED 处于密闭的塑胶外壳内，右侧的绝热层较厚，比较起其他部分导热，其导热基本可以忽略不计，热量主要通过支撑架、塑胶外壳、橡胶外套，然后通过外部空气对流散到空气中。
1．简化模型：
（1）铝基板视为一个等温热源；
（2）支撑板与与铝基板之间有一个附加导热层；
（3）由于塑胶的热导率比空气的热导率高得多，所以，空气的导热可以忽略不计；（4）支撑板与塑胶外壳之间有一层附加导热层
（5）塑胶外壳与橡胶外皮之间为紧密接触
（6）铝基板与外壳之间的对流导热可以忽略不计[2]
所以总热阻：
R=R1+R2+R3+R4+R5+R6
其中
R1为支撑板与铝基板之间的附加导热层的热阻；
R2 为支撑板的热阻；
R3 为散热板与塑胶外壳之间的附加导热层的热阻；
R4塑胶外壳的热阻；
R5 为橡胶外皮的热阻；
R6 为橡胶外皮处于空气中对流换热的热阻[1]。
2．计算
下面分别计算各部分热阻：
上述各式中，
k i（i=1，2，3，4，5）为各介质的导热系数；
A i（i=1，2，3，4，5）为各介质的导热等效截面积；
d i（i=1，2，3，4，5）为各介质的导热长度；
上式中，为平均换热系数；
L 为定性长度，在大圆柱对流换热情况下，通常取圆柱直径；
Gr L和Pr分别为无量纲的格拉晓夫数和普朗特数，不同情况下的数值可以查表获得；
C 为适配系数，在层流的情况下通常取0.53～0.54；
A6为对流换热的有效面积；
k6为空气的导热系数。
于是总热阻为
R=R1+R2+R3+R4+R5+R6=86.37(W/K)
LED约有1W的功率变成热量则铝基板的温升为：
ΔT=(T2-T1)=qR=86.37 (K)
其中T2为铝基板温度，T1为环境温度。
若环境温度为40℃，则铝基板的温度将要达到126℃，此时LED的结温达到166℃，根据Lumileds公司的“Luxeon Reliability”一文中介绍，Luxeon LED的失效与温度的关系为：
这样高的温度Luxeon的失效几率比结温120℃时失效几率大92854倍，接近10万倍。
这种温度下运行可靠性很差，所以这种导热结构不可行。
从各个热阻分量看，主要的热阻是支撑板的传导热阻，改进必须是针对它的结构改进。
若采用另一种热传导结构，取消塑胶的支撑架，换成0.3mm厚的电解铜散热板，如下图：
其它部分不变，电解铜散热板的热阻为：
电解铜散热板的折边有6mm，这部分的等效热阻为：
于是，总热阻变为：
若环境温度为40℃，则铝基板的温度将要达到64.6℃，此时LED的结温达到104.6℃，从理论上说，这种热传导结构是可行的。
下表是两种结构温度试验与理论计算结果对照
3．讨论
从上面计算可以看出，采用等效于电路的热阻计算法，选取合适的简化模型，对于不同热传导结构中，温度关注点的温升进行计算，可以在开模具之前判断热传导结构的优劣，同时可以根据各部分热阻的计算结果判断主要的结构改进方向，这对于指导和改进结构设计具有实际的意义。