风冷散热设计专题
风冷散热设计专题
风冷散热设计专题风冷散热原理：散热片的核心是同散热片底座紧密接触的，因此芯片表面发出的热量就会通过热传导传到散热片上，再由风扇转动所造成的气流将热量“吹走”，如此循环，便是处理器散热的简单过程。
散热片材料的比较：现在市面上的散热风扇所使用的散热片材料一般都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。
学过物理的人应该都知道铝导热性并不是最好的，从效果来看最好的应该是银，接下来是纯铜，紧接着才会是铝。
但是前两种材料的价格比较贵，如果用来作散热片成本不好控制。
使用铝业也有很多优点，比如重量比较轻，可塑性比较好。
因此兼顾导热性和其他方面使用铝就成为了主要的散热材料。
不过我们使用的散热片没有百分之百纯铝的产品，因为纯铝太过柔软，如果想做成散热片一般都会加入少量的其他金属，成为铝合金(得到更好的硬度)。
风扇：单是有了一个好的散热片，而不加风扇，就算表面积再大，也没有用！因为无法同空气进行完全的流通，散热效果肯定会大打折扣。
从这个来看，风扇的效果有时甚至比散热片还重要。
假如没有好的风扇，则散热片表面积大的特点便无法充分展现出来。
挑选风扇的宗旨就是，风扇吹出来的风越强劲越好。
风扇吹出来的风力越强，空气流动的速度越快，散热效果同样也就越好。
要判断风扇是否够强劲，转速是一个重要的依据。
转速越快，风就越强，简单看功率的大小。
轴承：市面上用的轴承一般有两种，滚珠轴承和含油轴承，滚珠轴承比含油轴承好，声音小、寿命长。
但是滚珠轴承的设计比较难，其中一个工艺是预压，是指将滚珠固定到轴承套中的过程，这要求滚珠与轴承套表面结合紧密，没有间隙，以使钢珠磨损度最小。
通常在国内厂家轴承制造中，预压前上下轴承套是正对的，因为钢珠尺寸与轴承套尺寸肯定会存在一定误差，所以在预压受力后，滚珠同轴承套之间总有5—10微米的间隙，就是这个间隙，使得轴承的老化磨损程度大大增加，使用寿命缩短。
同样过程，在NSK公司的轴承制造中，预压时上下轴承套的会有一个5微米左右的相对距离，这样轴承套在受压后就会紧紧的卡住滚珠，使其间的间隙减小为零，在风扇工作中，滚珠就不会有跳动，从而使磨损降至最小，保证风扇畅通且长久高速运转。
风冷模块设计方案
风冷模块设计方案风冷模块设计方案是一种用于散热的设备，其采用风冷原理将热量传导到空气中，从而降低物体的温度。
本设计方案旨在实现高效、稳定的散热效果，提高设备的工作效率和寿命。
设计要求：1. 散热效果高：能够高效地将热量从物体中传导至空气中。
2. 稳定性好：设计稳定可靠，适应各种环境条件。
3. 节能环保：采用低功耗和环保材料，减少能源消耗和对环境的污染。
4. 噪音低：尽量减少噪音产生。
5. 维护方便：易于清洁和维护。
设计方案：1. 散热板设计：采用具有良好导热性能的材料制作散热板，如铜或铝，以确保散热效果良好。
板上设置多个散热片，增加散热面积，提高散热效率。
2. 风扇设计：选用高效低噪音的风扇，能够产生足够的风力，确保充分的散热。
采用风扇叶片设计合理，降低噪音产生。
3. 散热管设计：采用优质的硬质散热管，通过蒸发冷凝循环原理将热量快速传导到风扇散热片上。
同时，散热管的形状和材料要优化，以提高导热效果。
4. 灵活的设计：可根据不同设备的尺寸和散热需求，调整模块的大小和形状，以符合不同设备的需求。
5. 控制系统设计：引入智能控制系统，根据设备的实时温度和负荷情况，自动调节风扇的转速和散热板的表面温度，实现精确的散热控制。
6. 安全性设计：设置过热保护装置，当散热模块超过设定温度时，自动切断电源，避免设备损坏和火灾风险。
实施方案：1. 选择合适的材料和零部件，如铜、铝、风扇、散热片等。
2. 根据设计需求，制作散热板和散热管，确保其形状和尺寸与设备相匹配。
3. 安装风扇和控制系统，调试和测试其散热效果和噪音情况。
4. 进行实际的工作环境测试，验证散热模块的稳定性和效果。
5. 对设计的风冷模块进行改进和优化，以适应不同设备的需求。
此外，还可以在设计中考虑使用新型材料，如石墨烯等，以提高散热效果和节能性能。
通过不断的研究和改进，可以使风冷模块设计更加高效和可靠，为各种设备提供优良的散热解决方案。
翅片式风冷换热器设计
翅片式风冷换热器设计一、设计原理翅片式风冷换热器由翅片管和冷却风机组成。
工作时，热媒流经管道，通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换，从而将热量传递给空气。
同时，冷却风机通过流过翅片管的冷却空气，将其吹入翅片间隙，增加换热面积，提高换热效率。
二、换热器设计参数1.翅片管长度和直径翅片管长度和直径的选择应根据换热器的工作条件来确定。
一般来说，较长的翅片管长度可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力和成本。
而较大的翅片管直径可以增加流体的流量和传热量，但同样也会增加阻力和成本。
2.翅片间距和数量翅片间距和数量的选择需要根据换热介质的温度和流速来确定。
较小的翅片间距可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力。
翅片数量应根据实际需求来确定，一般来说，较大的翅片数可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加成本和复杂性。
3.翅片高度和厚度翅片高度和厚度的选择应根据换热介质的温度和流速以及换热需求来确定。
较大的翅片高度和厚度可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力和成本。
三、翅片式风冷换热器的工作原理具体工作流程如下：1.热媒从换热器的进口进入管道，流经管道内部。
2.在管道内部，热媒通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换。
热媒的热量传递给冷却空气，使其升温。
3.升温的冷却空气经过冷却风机的吹扫，被吹入翅片间隙。
4.在翅片间隙中，冷却空气与翅片接触，进行热量交换。
冷却空气吸收翅片的热量，并将其带走。
5.冷却的热媒经过管道进一步流动，从换热器的出口排出。
四、翅片式风冷换热器的优缺点1.结构紧凑，占用空间小。
由于翅片式风冷换热器利用翅片增加了换热面积，故相同换热量下其体积相对较小。
2.热量传递效率高。
翅片式风冷换热器具有较大的换热面积，能够实现高效的热量传递。
3.适用范围广。
翅片式风冷换热器适用于多种介质的换热，例如空气、水等。
1.清洗困难。
由于翅片之间的间隙较小，难以将污物清洗干净。
2.阻力较大。
翅片式风冷换热器会增加流体的阻力，降低了流体的流动速度。
一种机载设备的风冷散热优化设计
以自带风机 为散热手段 的典 型机 载设备为研究对
象， 利用理 论计算 与 热 仿 真 分析 相 结 合 对散 热进 行
优 设计 。
２ 热 设 计 方 案 １ 方 案 概 述
由于该设备外形 尺寸 为 １８ ｍ ２ ｍ ｘ ０ ｍ ｘ ６ｍ １ ２５ｍ 设备总功耗为 ３９ ９ 同时其部分器件 ６ ｍ， ０ ．５Ｗ， 的热耗 比较集中， 单个器件功耗为 １６Ｗ， ７ 器件表面
Ｖｏ ． ７ Ｎ ． １４ ｏ ３
Ｊｎ２０ ｕ．０７
工作模式 为 １ １ ： 模式 时， 不垫紫铜板， 工作 ３ Ｏ ａ ｒ ｎ的情 况下器 件 的温 度如 表 ２所 示 。 ｉ
表 ２ 不 垫 紫铜板 时 的器件 温度
时间（ ） ｓ
５ ． １３ ８ ８６
器件 １ ℃ ） 器 件 ２ ℃） 器件 ３ ℃） （ （ （
热 流密度 为 ２ ｃ 热设 计环 境技 术条 件 中最 高 ８Ｗ／ｍ ；
２ １ 风机 选型 ．
由于本方案选 用设备 自带风机强迫风冷 的形
式 ， 机成 为散 热环节 中 的关 键 因素 。 风 风 机初步 选 型通过 经验 公式 进行估 算 ：
Ｑ １．－ ．１ ． ９
ｐＬｐ凸
Ｋｅ ｒ ｓ ａｒ ｏ ｎ ｌｃｒ ｎ ｃ ｅ ｕ ｐ ｎ ； ｏ ｖ ｃｉ ｎ ａ ｒｃ ｏ ｉ ｇ ｏ ｔ ｚ ｄ ｄ ｓｇ Ｃ Ｄ ＮＨＴ ｓ ｌｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｒ ｅ ｅｅ ｔ ｉ ｑ ｉｍｅ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｏ ｌ ； ｐ ｉ ｅ ｅ ｉｎ； Ｆ ／ ｂ ｏ ｏ ｎ ｍｉ ｉ ａｉ ｍｕ ｏ
（ 中国西南 电子技术研究所 ， 成都 ６０ ３ ） １０６
关于风冷散热器的性能研究
关于风冷散热器的性能研究专题（都是分析风冷散热器）主要是分析散热器的哪些构造影响散热性能，涉及到底座、热管、鳍片、风扇、工艺、大小和形状。
散热器主要功能是：把cpu表面的热快速传递到鳍片，再散发到空气中，起到降温的作用。
从降温效率角度，涉及到以下几个方面：（1）cpu表面温度-->热管上端温度，温差越小传热速度越快；（2）热管温度-->鳍片温度，温差越小传热速度越快；（3）鳍片温度-->空气温度，温差越大传热速度越快，鳍片面积越大散热越快。
所以，选择、安装或制造散热器，在不考虑大小、重量和成本的理想前提下，：（1）尽量使cpu表面热量快速到达热管上端。
这需要底座平整如镜：或使热管直接接触cpu表面：或采用铜底座：安装时不要过分挤压两端，导致底座拱起变形，不能与cpu表面完全吻合；导热硅脂要均匀涂抹。
热管热量要快速到达鳍片：可采用增加热管数目，采用较粗热管等办法。
（2）尽快使热管上的热量到达鳍片，并分布到鳍片的所有表面上。
--好的工艺使鳍片紧扣热管，不留间隙，尽快导出热管上的热量。
--采用导热更好的材料做鳍片，让热量快速分布到整个表面。
目前基本都是铝质鳍片，少量铜质鳍片。
--合理排列热管位置，让导热更有效。
（3）尽快把鳍片上的热量导入空气中。
保持适当风速。
风速太低太高都不行，低了导热不够快，高了...摩擦生热，还有噪音。
尽量增大鳍片面积。
越大越好。
保持机箱风道通畅，使空气保持低温。
利用工艺改变鳍片形状，使空气流动效率更高，如图所示：下面分类详谈。
先谈谈热管，到底几根热管够用？是否越多越粗越好？一般都是6mm粗的热管，粗的有8mm的，如果热管数量多，底座挤满了。
对高发热量（如125W）的cpu来说，1根2根的是少了点，3根可能刚好足够，4根比3根有提高是肯定的，但随着根数的增加，从热管传热角度看，效率提升会越来越少。
所以中低端散热器基本是3根4根。
对5根6根甚至8根热管的散热器来说，增加热管对进一步降低cpu表面与热管上端温差的效果不明显，多热管的作用更多在第二个环节：让热管更快向鳍片传热。
散热结构设计案例
散热结构设计案例一些常见的散热结构设计案例包括：1. 散热片：散热片可以看作是一个传导热量的空间，使得热量可以在其中扩散，从而提高散热效果。
2. 风扇散热：风扇散热是一种通过强制空气流动来加快热量散发的方式。
在设计中，需要考虑风扇的大小、转速、方向和位置等因素来实现最佳的散热效果。
3. 液冷散热：液冷散热使用循环的液体冷却器来将热量从CPU等组件中转移。
这种设计需要考虑循环泵的大小、散热器的大小和形状、管道布局等因素。
4. 热管式散热：热管式散热通过将热能从一个端点传输到另一个端点来实现热量散发。
这种设计需要考虑热管的长度、直径、材质和散热器的大小和形状等因素。
5. 热管翅片散热系统：这种系统结合了热管和翅片两种散热方式。
热管将热量从热源传输到翅片，而翅片则通过扩大散热表面积，提供更大的热散发面来提高散热效果。
6. 相变散热：相变散热利用材料的相变特性，例如从液态到气态的转变，释放大量的潜热来散热。
这种设计适用于高功率密度的设备，例如电子芯片。
7. 热管塔式散热：热管塔式散热是一种使用多个热管和散热鳍片组成的结构。
这种设计有助于提高热传导和散热面积，从而提高散热效果。
8. 微流道散热器：微流道散热器利用微小通道将热量从热源传输到冷却介质中。
这种设计具有高热传导效率和紧凑的结构，适用于小型电子设备和高功率密度场景。
9. 聚合散热：聚合散热是一种通过将多个散热结构组合在一起来提高整体散热效果的设计。
例如，可以将散热片、风扇和热管等结构组合在一起，以增加散热能力。
以上是一些常见的散热结构设计案例，不同的散热结构都有着自己的优缺点和适用场景，选择合适的散热结构需要考虑多方面因素并进行综合分析。
实际设计过程中需要根据具体应用场景和要求来选择最合适的散热结构，并进行合理的优化和调整。
icepak应用分析-强迫风冷散热器
icepak应⽤分析-强迫风冷散热器应⽤icepak分析强迫风冷散热器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。
风冷原理图
风冷原理图
循环风冷原理示意图如下图所示。
这是一个简化的示意图，以便更清晰地展示风冷原理。
首先，空气从环境中吸入经过风扇进行强制通风。
空气通过风扇进入设备内部，然后经过散热片来降低设备内部的温度。
散热片通常由铜或铝制成，具有良好的导热性能。
当空气通过散热片时，散热片会将设备产生的热量传递给空气。
在经过散热片后，热空气被排出设备。
这些热空气可以通过风扇的推力被排出设备并释放到室外。
循环风冷原理图简述：
1. 空气经过风扇进入设备内部。
2. 空气经过散热片来吸收设备产生的热量。
3. 热空气通过风扇的推力被排出设备，并释放到室外。
这个循环过程持续进行，以保持设备的温度在可接受范围内，确保设备的正常运行。
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风冷散热设计专题
风冷散热原理：
散热片的核心是同散热片底座紧密接触的，因此芯片表面发出的热量就会通过热传导传到散热片上，再由风扇转动所造成的气流将热量“吹走”，如此循环，便是处理器散热的简单过程。
散热片材料的比较：
现在市面上的散热风扇所使用的散热片材料一般都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。
学过物理的人应该都知道铝导热性并不是最好的，从效果来看最好的应该是银，接下来是纯铜，紧接着才会是铝。
但是前两种材料的价格比较贵，如果用来作散热片成本不好控制。
使用铝业也有很多优点，比如重量比较轻，可塑性比较好。
因此兼顾导热性和其他方面使用铝就成为了主要的散热材料。
不过我们使用的散热片没有百分之百纯铝的产品，因为纯铝太过柔软，如果想做成散热片一般都会加入少量的其他金属，成为铝合金(得到更好的硬度)。
风扇：
单是有了一个好的散热片，而不加风扇，就算表面积再大，也没有用！因为无法同空气进行完全的流通，散热效果肯定会大打折扣。
从这个来看，风扇的效果有时甚至比散热片还重要。
假如没有好的风扇，则散热片表面积大的特点便无法充分展现出来。
挑选风扇的宗旨就是，风扇吹出来的风越强劲越好。
风扇吹出来的风力越强，空气流动的速度越快，散热效果同样也就越好。
要判断风扇是否够强劲，转速是一个重要的依据。
转速越快，风就越强，简单看功率的大小。
轴承：
市面上用的轴承一般有两种，滚珠轴承和含油轴承，滚珠轴承比含油轴承好，声音小、寿命长。
但是滚珠轴承的设计比较难，其中一个工艺是预压，是指将滚珠固定到轴承套中的过程，这要求滚珠与轴承套表面结合紧密，没有间隙，以使钢珠磨损度最小。
通常在国内厂家轴承制造中，预压前上下轴承套是正对的，因为钢珠尺寸与轴承套尺寸肯定会存在一定误差，所以在预压受力后，滚珠同轴承套之间总有5—10微米的间隙，就是这个间隙，使得轴承的老化磨损程度大大增加，使用寿命缩短。
同样过程，在NSK公司的轴承制造中，预压时上下轴承套的会有一个5微米左右的相对距离，这样轴承套在受压后就会紧紧的卡住滚珠，使其间的间隙减小为零，在风扇工作中，滚珠就不会有跳动，从而使磨损降至最小，保证风扇畅通且长久高速运转。
强迫风冷设计
当自然风冷不能解决问题时，需要用强迫空气冷却，即强迫风冷。
强迫风冷是利用风机进行鼓风或抽风，提高设备的空气流动速度，达到散热目的。
强迫风冷在中大功率的电子设备中应用广泛，因为它具有比自然风冷多几倍的热转移能力。
与其他形势强迫风冷比较有结构简单，费用低，维护简便等优点。
整机强迫风冷有两种形式：鼓风冷却和抽风冷却。
鼓风冷却特点是风压大，风量集中。
适用于单元内热量分布不均匀，风阻较大而元器件较多的情况。
当单元内风阻较大，需要单独冷却的元件和热敏元件较多，且各单元间热损相差有较大时，建议用凤管冷却，以便控制各单元风量的需要。
当旨在机柜底层具有风阻较大元件，中上层五热敏元件的情况下，建议用无风管形式来降低成本。
抽风冷却特点是风量大，风压小，风量分布比较均匀，在强迫风冷中应用更广泛。
他也可分为有管道和无管道两种情况。
对无管道的机框抽风，整个机框相当于一个大风管，要求机柜四周密封好，侧壁也不应开空，只允许有进出风口，考虑热空气上升，抽风机常装在机框上部或顶部，出风口面对大气，进风口装在机柜底部，这种无管道风冷方式常用于机柜内各元件冷却表面风阻较小的设备。
对于在气流上升部位又热敏元件或不耐热元件则要必须用风管使气流弊开，并沿需要的方向流动，其进风口通常在机框侧面，出风口在机柜顶部。
对某些发热较大的功率管，整流管等器件可以单独风冷或用管道风冷。
由于在强迫风冷时灰尘，油雾，水蒸气和烟等会被气流带进设备而滋生内部污染，以及如何提高制冷效果等，因此，在进行强迫风冷设计时，应遵循以下基本要求；
1.强迫空气的流动方向应于自然对流空气的流动方向尽量一致。
2.在气流通道上，应尽量减小阻力，并避免大型元器件阻塞奇六。
要将气流合理分配给给单元和元器件。
使所有元器件，部件都能顺利冷却，并使其谏缘陀诙疃ㄎ露认鹿ぷ鳎 衫 梅至髌 偷髡 蛊 髦苯恿鞴 ⑷仍?
3.要合理排列元器件，应尽可能把不发热与发热小的和耐热性能低的及热敏的元件排在冷空气的上游（靠近进风口），其余元件尽量按他们的温度高低以递增的顺序排列，对那些发热量大而导热性差的器件必须暴露在冷却空气中，必要时进行单独冷却。
4.在不影响电性能的前提下，将发热量大的元器件集中在一起排列，并与其他元器件热绝缘，这样可以减少风量，风压，而减少风机功率。
5.赠机通风系统的近出风口应尽量远离，要避免气流短路，且入口空气温度与出口温度之差一般不要超过14度。
6.用于冷却电子设备内部元器件的空气，必须经过过滤，要安装防尘口。
7.在湿热环境下，为避免潮湿空气对元器件直接影响，可采用空芯印制板组装结构。
8.为保证通风系统安全可靠工作，必要时要在冷却系统中社控制保护装置。
9.应尽量减少强迫风冷系统的气流噪声和风机的噪声。
10.通风孔应满足电磁兼容性及安全性要求。
11.在一些大型电子设备中为提高电子线路对电磁干扰的屏蔽能力常将多块印制板在一个用金属板构成的密封小盒内，让元件产生的热量通过盒内的对流，传导，和辐射传给盒壁，再有盒壁传给冷却空气把热量散掉。
12.当机柜或机箱内有多块印制板平行排列时，印制板的间距不宜相差太大，否则，气流将直接从间距大的地方流过，而降低对其印制板的冷却效果。
13.再强迫风冷冷却的设计中，正确选择风机很重要。
风机有离心式和轴流式，其中离心式风机特点是风压高，风量集中，风量小；轴流式风机是风压小，风量大。
选择风机时要根据空气流量，风压大小，风道的阻力特性，体积，重量和噪声等等进行综合分析。
有关强迫风冷方面的一些看法：
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。
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。