散热器内部结构的改良设计
散热器的性能研究及优化设计
散热器的性能研究及优化设计散热器是一种用来散发热量的设备，广泛应用于电子设备、汽车、工业设备等领域。
在高温环境下，散热器能有效地降低设备的温度，维持其正常运行。
散热器的性能研究和优化设计对于提高设备的可靠性、延长设备寿命具有重要意义。
首先，研究散热器的性能可以从材料选择和形状设计两个方面入手。
散热器的材料选择应考虑其导热性能、机械强度和耐腐蚀性。
在导热性能上，铜和铝是常用的散热器材料，可以提供较好的导热性能；而在机械强度和耐腐蚀性上，不锈钢是一个较好的选择。
形状设计上，增加散热器的表面积可以提高其散热能力，可以采用数种形式的片状散热器，如鰤鱼鳃状、凸起状等。
其次，优化散热器的设计可以从流路优化和翅片结构优化两个方面着手。
在流路优化上，要考虑流动的均匀性和速度。
为了保证流体在散热器内部能够均匀流动，可以在散热器内部设置流道，使流体能够充分接触到散热表面，提供更大的散热面积。
流体的速度也是影响散热效果的重要因素，应该避免流体速度过高或过低，以避免流动过慢导致散热效率低，或者流体速度过高导致压降过大。
在翅片结构优化上，可以通过改变翅片的形状、尺寸和排列方式，增大翅片的散热面积，提高散热器的散热能力。
此外，可以通过增加散热介质的流动性来提高散热器的性能。
传统的散热器一般使用空气作为散热介质，但空气的导热性能较差，且热容量小。
可以考虑使用液体介质，如液冷散热器中使用的水或制冷剂，其导热性能和热容量要好于空气。
此外，还可以采用换热器和风扇辅助散热的方法，进一步优化散热器的设计。
最后，对于散热器的性能研究和优化设计可以采用实验方法进行验证。
可以设计实验平台，测试不同材料、形状、流量等条件下的散热器性能，通过实验数据来验证理论模型的准确性，进一步优化设计。
综上所述，散热器的性能研究和优化设计可以从材料选择、形状设计、流路优化、翅片结构优化以及散热介质流动性等多个方面入手。
通过对散热器的研究和优化，可以提高设备的散热能力，提高设备的可靠性和寿命。
新能源汽车高温环境下的散热器结构设计与优化
新能源汽车高温环境下的散热器结构设计与
优化
随着全球环境问题日益凸显，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的主
要选择之一，受到了越来越多的关注和重视。
在新能源汽车的发展过程中，高温环境下的散热器结构设计与优化成为了一个关键的问题。
高温环境对新能源汽车的电池、电机等元器件都会造成不同程度的影响，因此如何有效地解决高温环境下的散热问题，成为了新能源汽车研发的一个重要方向。
首先，高温环境下的散热器结构设计需要考虑到汽车整体的工作环境
和使用条件。
在高温环境下，汽车各个部件的工作效率都会受到不同程度的影响，因此散热器的设计需要充分考虑到这些因素。
例如，散热器的位置及布局要能够有效地散热，同时不影响其他部件的正常工作，保证汽车的整体性能不受影响。
此外，散热器的材料选择也是非常重要的，需要考虑到耐高温、导热性能好等因素，以确保散热效果的最大化。
其次，针对高温环境下散热器的优化设计，可以采用一些新的技术手
段和方法。
比如，可以利用计算流体力学（CFD）仿真模拟技术，对散热器
的内部流场进行详细的分析和优化，以提高散热效率。
同时，可以采用新型材料或增加表面积等手段，提高散热器的散热效果。
此外，还可以结合汽车的整体设计，对散热系统进行综合优化，提高汽车在高温环境下的工作性能。
最后，高温环境下的散热器结构设计与优化是一个复杂而又具有挑战
性的问题。
在新能源汽车的发展中，如何有效地解决这一问题，将对汽车的整体性能和使用寿命产生重要影响。
因此，需要不断地进行深入研究和探索，结合新的技术手段和方法，以确保新能源汽车在高温环境下的散热效果达到最佳状态，为推动新能源汽车的发展贡献力量。
电热器件中的散热结构设计与优化
电热器件中的散热结构设计与优化随着科学技术的不断发展，电热器件在各个领域中的应用越来越广泛。
然而，随之而来的问题是电热器件在工作过程中会产生大量的热量，如果不能正确地进行散热，会导致电子元件温度升高，从而影响设备的性能和寿命。
因此，电热器件中的散热结构设计与优化成为解决这一问题的重要方向。
首先，对于电热器件的散热结构设计，需要考虑散热结构的形式和材料的选择。
散热结构的形式可以包括散热片、散热管、散热风扇等。
散热片是最常见的散热结构之一，其通过增大散热表面积来提高散热效果。
而散热管是一种通过导热原理将热量从热源传导到散热片上的装置，可以用于长距离传导热量的场景。
散热风扇则通过循环空气，加速热量的传递和散发，是一种常用的主动散热方式。
其次，材料的选择也是影响散热效果的重要因素。
散热结构通常选择具有良好热导性的材料，如铝合金、铜等。
这些材料具有优异的导热性能，可以快速将热量从热源传递到散热结构上，提高散热效果。
此外，散热材料的表面也应具有较大的散热表面积，以增加热量的散发面积，进一步提高散热效率。
在散热结构的优化过程中，需要考虑的因素还包括结构的尺寸、散热面积和热阻等。
首先，结构的尺寸应该与电热器件的尺寸相匹配，既要保证散热结构能够完全覆盖热源，又要尽量减小结构的体积，以满足电热器件的紧凑设计。
其次，散热面积应尽可能地增大，可以通过增加散热片的数量或增加散热管的长度来实现。
较大的散热面积可以提高热量的散发效率，从而降低瞬时温度升高的风险。
最后，热阻也是需要进行优化的因素之一。
通过选择合适的材料和设计散热结构，可以减小热阻，提高热量的传导速度，从而达到更好的散热效果。
另外，为了进一步提高电热器件的散热性能，可以考虑采用辅助散热手段，如风冷、水冷等。
风冷是利用风扇来增加空气流动，加速热量的散热；水冷则是通过水冷板将热量传递到水冷系统中，实现低温冷却。
这些辅助散热手段可以有效地降低器件温度，提高设备的稳定性和可靠性。
几种常见的散热器增强设计方法
几种常见的散热器增强设计方法
散热器增强设计是为了提高散热器的散热效率和性能，常见的
几种方法包括：
1. 增加散热片数量和密度，增加散热片的数量和密度可以增加
散热器的表面积，提高散热效率。
通过增加散热片的数量和密度，
可以增加散热器与空气之间的热交换面积，从而提高散热效果。
2. 使用高导热材料，散热器的材料对散热性能有很大影响。
使
用高导热材料可以提高散热器的导热性能，例如铜、铝等金属材料
具有良好的导热性能，可以提高散热器的散热效率。
3. 增加风扇数量和转速，在散热器上增加风扇可以增加空气流
动量，提高散热效率。
同时增加风扇的转速也可以增加散热器的散
热效率，但需要注意噪音和能耗的问题。
4. 使用热管技术，热管是一种高效的热传导元件，可以将热量
快速传导到散热器的散热片上，提高散热效率。
通过使用热管技术，可以有效地提高散热器的散热性能。
5. 优化散热器结构，通过优化散热器的结构设计，如增加散热器的散热面积、改变散热片的形状和布局等，可以提高散热器的散热效率。
总的来说，散热器增强设计方法包括增加散热片数量和密度、使用高导热材料、增加风扇数量和转速、使用热管技术以及优化散热器结构等多种途径，这些方法可以综合应用来提高散热器的散热效率和性能。
LED照明灯具散热器结构优化设计
LED照明灯具散热器结构优化设计摘要：随着LED照明灯具的普及，尤其是大功率LED照明灯的使用，散热性能的好坏成为了影响其稳定性及使用寿命的一大关键因素。
本文就LED照明灯具的散热问题进行了简要阐述，并对散热性能的影响因素进行了试验分析，最后对散热器结构的优化设计提出了一些建议，希望能为实际生产提供一定参考。
关键词：LED照明灯具；散热结构；优化设计1 LED照明灯具的散热问题LED发光的原理是大量活跃电子的运动将动能转化为光能，而在这一过程中很大一部分能量转变成热能，导致灯具内部温度上升。
LED灯内部温度对其亮度存在直接影响，温度越高，亮度越低，且温度高低直接影响灯具寿命，相关研究表明温度越高，寿命越短，美国Cree公司发布的一项实验表明，当灯具温度105?C时，寿命仅10000h，而温度65?C时，寿命可延长至90000h，因此如何有效散热成为当前研究的一大热点。
通常而言，灯具内部热量是通过热传导传递的，因此散热过程需要耗费较长时间。
长期处于工作状态的LED照明灯具，尤其是大功率灯具，会产生大量热量，在高温条件下，会对其电极引线、芯片等产生不利影响，进而影响灯具等使用寿命，因此，解决灯具散热问题的关键是尽快将热量传递出去，需要有效提高散热性能。
2 LED照明灯具散热性能的影响因素2.1 散热基板的影响图1和图2分别为有散热基板和无散热基板的散热器，在安装同样的PCB铝基板和芯片后在三种不同功率下进行模拟试验，得到的结果如表1。
该实验结果表明，有基板的散热器具有更好的散热性能，并且在功率大的时候具有更好的效果。
2.2散热器翅片的影响散热器翅片对散热器同样影响很大，影响散热效果的具体因素是散热有效面积的大小。
散热器翅片的长度、高度、厚度、以及翅片数目等能够影响总体散热有效面积，进而影响整体的散热性能。
以100W的LED路灯作为试验对象，散热外壳选择金属铝，研究上述参数对散热效果的影响。
采用宽度3mm，长度为15cm，翅片数为20的散热器翅片，在其余条件一致的情况下研究不同翅片高度与温度的关系，试验结果如图3所示，表明散热效果随着翅片高度的增加而有所提升，且翅片高度在0-30mm区间内的提升效果最明显，之后的散热效果提升不明显，说明翅片高度需要保持合理范围。
大功率 LED 灯散热器结构设计
大功率 LED 灯散热器结构设计1.1 大功率 LED 灯的主要散热方式。
大功率 LED 灯主要采用散热器进行散热，其采用的材料是导热率高的铝、铁、铜等金属材料。
在厚度与截面积等几何形状参数相同的情况下，铜的散热效果最佳。
但是，大部分的散热器普遍采用铝材，这是因为其散热性能优于铁，且成本远低于铜，另外重量也比铝、铜的轻。
为保证散热效果，应该保证散热器的表面平整光洁，其内部不得现气孔等制造缺陷。
另外，通常还在散热器的表面涂上一层辐射材料，便于减少散热器的外热阻。
1.2 影响大功率 LED 灯的相关因素1.2.1 散热翅片的位置。
由于散热翅片的高度、宽度以及间距基本相等，主要是长度、数量等方面的差别，因此散热器表面的翅片总体散热效果具有可比性。
从 LED 芯片的温度变化情况来看，芯片前、后、左、右四个侧面和上表面单独一个翅片的散热效果相比，散热器上表面的翅片散热效果要远远优于前、后、左、右四个侧面翅片的散热效果。
另外，芯片前、后、左、右四个侧面的散热效果相当。
散热器对称面两侧的翅片散热量要远大于单侧面翅片的散热量。
1.2.2 翅片的几何参数。
在翅片的几何高度达到一定的高度之后，翅片的散热效果增加就变得没那么明显，即在后续通过增加翅片高度的方式不能明显增加翅片的散热效果。
例如，某散热器的高度从 0.06m 增加到 0.01m 之后，每继续增加 0.02m 只能改善温度变化 2℃。
在翅片达到某一厚度之后，继续增加厚度将不能明显改善翅片的散热效率。
与此同时，LED 灯的温度变化会随着厚度的增加而会使得散热效果变差。
这主要是因为翅片厚度的增加使得翅片之间的间距缩短，阻滞了翅片之间空气流动带走的热量。
适当增加翅片长度可以有效降低 LED 灯的工作温度，但是当过度增加翅片长度时，将不能够保证热量完全传导至翅片的末端，使得翅片的热量传导受到限制，影响散热效果，反而使得散热器重量增加。
通常而言，保证散热翅片的长度与基体宽度比为 1：1时具有较好的传热效果。
改款车散热器框架结构的优化设计
改款车散热器框架结构的优化设计车辆散热器是车辆发动机的重要组成部分，其作用是将发动机所产生的热量通过空气散出去。
而散热器的效果直接关系到整个车辆的工作效率和安全性能。
因此，针对散热器框架的结构优化设计意义重大。
首先，散热器框架的结构优化可以改善其散热效果。
散热器框架是散热器的主要承重部分，同时也是热量传递的关键节点。
优化散热器框架的结构，可以增加其表面积，加强热量的传递和散发。
另外，还可以采用特殊材料，并且通过改变框架的形状和排布方式，使得散热器能够更好的吸收和散发热量，提高车辆的散热效率。
其次，优化散热器框架的结构可以提高车辆的安全性能。
现代车辆的发动机功率越来越大，因此需要更高的散热效率来保证发动机运转的可靠性。
而改款车散热器框架结构的优化设计可以有效的增加散热器的承载能力和耐腐蚀性能，提高散热器在车辆行驶过程中的安全性能。
此外，通过优化散热器框架的结构可以减轻车辆的重量。
对于现代车辆而言，轻量化一直是一个关注的重要话题，轻量化可以提高车辆的燃油效率和性能。
因此，通过优化散热器框架的结构设计，可以在保证散热效果的前提下减轻散热器的重量。
但是，改款车散热器框架结构的优化设计需要考虑多方面因素。
例如，散热器框架的结构设计需要符合车辆的整体设计，同时还需要考虑散热器框架与发动机、变速箱等其他零部件之间的协调和配合。
此外，优化散热器框架的结构设计还需要考虑到其生产和制造的成本因素，以保证其实际可行性和落地效果。
总之，改款车散热器框架结构的优化设计对于车辆的散热效果，安全性能和轻量化都有着重要的意义。
将来，随着科学技术的不断进步和发展，相信人们对于散热器框架的优化设计也将会不断地进行改进和提升。
高效散热结构优化方案
高效散热结构优化方案高效散热结构优化方案高效散热是许多电子设备和计算机系统设计中的重要考量因素。
散热结构优化方案可以帮助提升设备的热量传递效率，保证设备的稳定运行并延长其使用寿命。
下面是一份高效散热结构优化的步骤思路：第一步：了解散热需求首先，需要了解设备的散热需求，包括设备的功率消耗、工作环境温度和散热要求等。
这些信息可以帮助我们确定散热结构的设计目标，以便实现高效的热量传递。
第二步：考虑散热材料选择合适的散热材料对于优化散热结构非常重要。
常见的散热材料包括铜、铝以及热导率较高的陶瓷材料。
根据设备的散热需求，选择适当的散热材料可以提升热传导效率，从而提高散热性能。
第三步：设计散热结构根据设备的特点和散热需求，设计合理的散热结构是优化散热的关键。
可以考虑使用散热片、散热鳍片或者散热管等结构。
散热片和散热鳍片可以增加散热面积，提高热量传递效率。
而散热管则可以将热量从热源传递到散热器，进一步提升散热性能。
第四步：考虑风扇或散热风道在散热结构的设计中，风扇或散热风道的使用也是一个重要的考虑因素。
风扇可以提供空气流动，增加散热效果。
散热风道可以引导热风流动，进一步提高热量传递效率。
选择合适的风扇或散热风道可以有效降低设备的工作温度，提升散热性能。
第五步：优化散热结构在设计散热结构的过程中，可以使用计算流体力学（CFD）模拟工具进行仿真分析。
通过优化设计参数，如散热片或散热鳍片的形状和数量、风扇的位置和尺寸等，可以提升散热效果。
仿真分析可以帮助我们评估和比较不同设计方案的散热性能，选择最佳的优化方案。
第六步：实验验证与改进一旦完成了散热结构的设计优化，可以进行实验验证。
在测试中，可以使用温度传感器等设备监测设备的温度变化。
通过与仿真结果进行对比，评估设计的散热结构是否满足要求。
根据实验结果，对散热结构进行进一步改进，以达到更高的散热效果。
综上所述，高效散热结构优化方案需要考虑散热需求、选择合适的材料、设计合理的结构、使用风扇或散热风道、进行仿真分析以及实验验证与改进。
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中国矿业大学艺术与设计学院
工业设计工程基础课程设计选题报告
姓名：学号：
专业：工业设计班级： 09级3班
设计题目：散热器内部结构的改良设计
时间： 2011年5月
指导教师：
2011年5月
目录
选题的意义 (2)
已有产品情况 (3)
典型产品的设计分析 (4)
改良或创新设计方案 (8)
时间进度表 (14)
参考文献 (15)
一、选题的意义
CPU作为一个电子计算机的核心，包括运算和控制，而且现在的集成度已经越来越高，电脑中的所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令，这个核心部件随着科技研发的进步已经成长成为热量高温高度集中的一个核心区域，而且有很大一部分DIY玩家或热爱硬件的朋友都喜欢超频，但是超频效果越好，CPU的温度热量就越大，所以对CPU进行散热便是正常使用电脑和进行超频的必备硬件，缺一不可，而随着CPU集成度的密集和提高，对CPU散热也是大势所需，必须要做的事情。
如今，显卡的功耗已经大有超越CPU之势，因此显卡的散热系统已经成为显卡做工好坏的评判标准之一。
目前高端显卡由于发热量较大，因此对散热的要求也格外严格，正值暑假之时，不少玩家反映显卡满载运行时，温度可达70～80度，而待机时也接近40度。
由此可以看出，显卡散热系统绝不是简单的散热片+散热风扇就可应付的。
二、已有产品或相关产品的情况
三、典型产品的设计分析
散热风扇的原理
原理：
风扇的工作原理是按能量转化来实现的，即：电能→电磁能→机械能→动能。
其电路原理一般分为多种形式，采用的电路不同，风扇的性能就会有差异。
风扇在CPU风冷散热装置中起主动散热的核心作用。
风扇本身的效能不佳，制作工艺不精，会导致散热片局部过热，不停烤烧风扇本身的材质塑料，继而引起风扇变形，转速下降的恶性循环，更严重的时候，会发生风扇停转，马达电路短路，烧毁CPU甚至引起起火的事故。
轴流式风扇的组成：
扇框、扇叶、轴承、PCB控制电路、驱动电机
轴流式扇叶
气流出口方向与轴心方向相同
离心式扇叶
利用离心力作用将气流沿着叶片向外甩出
当两个元件有相对运动时广义来说就构成了轴承，轴承（bearing）是用来支撑，减少摩擦以及承受负载的装置，它与其他的旋转机件有面、线或点的接触，而摩擦则随接触面的相对运动而产生。
尽量减少摩擦与磨损同时占越少的空间与便宜的价格，是被期待的。
现在市面上的轴承大要可分为滑动接触轴承(sliding contact bearing)和滚动接触轴承(rolling contact bearing)以及自润轴承（Sleeve Bearing）。
下图展示了简易的滑动轴承和滚动轴承的摩擦形势，可得出结论：滑动接触摩擦更易损坏风扇材质。
自润轴承（Sleeve Bearing）：也被称作含油轴承。
其工作原理主要是由于轴承中的转杆在润滑剂的作用下，在轴床中转动时，由于毛细作用，与周围只会有点接触，使得摩擦力减到了最小，保证了工作时的稳定性。
自润轴承的问题在于它对润滑剂的依赖性极大，当润滑剂量不足或粘稠性不佳时，轴承很容易出现老化，致使风扇转速下降，或发出异常噪音，因此整体寿命不长。
滚珠轴承（( roller Bearing）：它的结构也并不复杂，在两个硬质金属环中间，置有由轴笼固定住相对位置的一系列金属圆柱，轴笼和金属圆柱之间加有润滑剂。
这样轴承在转动的时候，圆柱与转动轨道之间的
接触面极小，只要有少量的润滑物质，整个轴承的结构就能够保持较长时间的寿命，并保持良好的性能。
相比之下，虽然自润轴承保养起来比较简单，但是如果想达到与滚珠轴承相同的转动性能，就需要比较复杂的内部结构设计，这无形中就提高了风扇制造的成本，不适合大规模生产。
另外如果轴承出现问题的话，滚柱轴承往往能有比较明显的先期预兆，如转速下降、噪声等；而自润轴承的故障往往难以预料。
因此，大家在市场上看到最多的还是使用滚柱轴承传动的风扇。
当前市
场主要产品
使用的材料
有两种：金
属或者塑
料。
四、改良或创新设计方案
首先需要改良的是扇叶的形式。
轴流式扇叶和离心式扇叶都过于单一，并且方向的限制是散热达不到很好的效果。
因此决定结合两者的优势，采用斜流式扇叶。
斜流式扇叶充分结合轴流式扇叶和离心式扇叶的优点，如下图所示
斜流式扇叶
拥有轴心方向和叶面方向两种气流方式
其次是轴承方式的改进，自润轴承和滑动轴承都易损坏机体本身，或是操作不方便和噪音过大。
滚珠轴承在运转时, 滾珠轴承的滚珠与内环,外环及上下分隔承件有间隙,在內部空间里,当沒有任何外力施加在滚柱轴承时,造成滚珠在自由空间运作,形成撞击等不规律的现象,而产生噪音,为消除噪音撞击等不规律的现象，在滚珠轴承的轴向施与适当的力量，将轴向间隙减少而达到降低噪
音的效果。
这样轴承在转动的时候，圆球与转动轨道之间的接触面极小，只要有少量的润滑物质，整个轴承的结构就能够保持较长时间的寿命，并保持良好的性能。
因此采用滚珠轴承结构。
同时，液态轴承风扇是用油膜取代滚珠轴承里的钢珠，转动时不会有金属接触，因此噪音和发热量均大幅下降，理论上无磨损。
用油膜代替钢珠还使得轴承能有效吸收外来震动，保护轴承表面，从而大大增加了轴承所能承受的撞击力。
它所产生的噪音是所有风扇中最小的一种，寿命最长，转速最高，散热效果也最稳定。
材质的改进：金属的导热性好，当然，金属还是可以更好地将散发出来的热量吸收并扩散出去。
另外金属一般比较重，而且由于制造时工艺要求较高，一旦做工不够精细，极易成为伤人的利器。
塑料材质一般比较轻便，硬度也较高，很多工程塑料的强度甚至超过金属。
出于成本及轻便的考虑，塑料散热应该普及。
总体的改进方式希望能对现在的产品有所作用。
五、时间进度表（2011年）
1、改进方向的确定……………………………………5.3-5.5
2、市场产品的分析……………………………………5.6-5.8
3、典型产品材料整理…………………………………5.9-5.11
4、相关产品的书籍翻阅………………………………5.12-5.14
5、典型产品的分析……………………………………5.15
6、改良方案的确定……………………………………5.16
7、改良方案的优化……………………………………5.17-5.18
8、建模…………………………………………………5.19
9、改良方案的分析解说…………………………………5.20-21
10、课程设计的撰写………………………………………5.22-5.24
六、参考文献
工业设计工程基础阮宝湘
工业设计机械基础阮宝湘
设计构成袁涛
产品造型设计材料与工艺赵占西
产品设计与实现佘玉亮。