型材散热器热特性分析
散热器热工性能实验报告 (1)
实验二散热器性能实验班级：姓名：学号：一、实验目的1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构。
2、测定散热器的散热量Q，计算分析散热器的散热量与热媒流量G和温差T的关系。
二、实验装置1.水位指示管2.左散热器3. 左转子流量计4. 水泵开关及加热开关组5. 温度压差巡检仪6.温度控制仪表 7. 右转子流量计 8. 上水调节阀 9.右散热器 10. 压差传感器 11.温度测点T1、T2、T3、T4图1散热器性能实验装置示意图三、实验原理本实验的实验原理是在稳定的条件下测定出散热器的散热量：Q=GCP （tg-th） [kJ/h]式中：G——热媒流量， kg/h；CP——水的比热， kJ/Kg.℃；tg 、th——供回水温度，℃。
散热片共两组:一组散热面积为：1m2二组散热面积为：0.975 m2上式计算所得散热量除以3.6即可换算成[W]。
低位水箱内的水由循环水泵打入高位水箱，被电加热器加热，并由温控器控制其温度在某一固定温度波动范围，由管道通过转子流量计流入散热器中，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的回水流入低位水箱。
流量计计量出流经每个散热器在温度为tg时的体积流量。
循环泵打入高位水箱的水量大于散热器回路所需的流量时，多余的水量经溢流管流回低位水箱。
四、实验步骤1、测量散热器面积。
2、系统充水，注意充水的同时要排除系统内的空气。
3、打开总开关，启动循环水泵,使水正常循环。
4、将温控器调到所需温度（热媒温度）。
打开电加热器开关，加热系统循环水。
5、根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门，使之流量、温差达到一个相对稳定的值，如不稳定则须找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确。
6、系统稳定后进行记录并开始测定：当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。
散热器供回水温度tg 与th及室内温度t均采用pt100.1热电阻作传感器，配数显巡检测试仪直接测量，流量用转子流量计测量。
基于曲线拟合的PEBB单元散热优化设计
基于曲线拟合的PEBB单元散热优化设计陈国栋;刘宏;王江涛【摘要】散热优化是功率电子元组件(PEBB)设计的关键环节,良好的散热系统可充分提高PEBB的功率密度,最大限度地提高开关器件的利用率.文中详细计算了PEBB单元开关器件的各项损耗功率,并采用ICEPAK软件对该单元进行散热仿真分析.通过改变PEBB单元中散热器的翅片数目和基板厚度等参数,得出其对单元散热效果的影响,运用曲线拟合的方式确定了这些影响因素与散热效果的函数关系,并通过对函数式求极值给出了散热器结构优化方案,最终通过对比仿真结果与实验数据验证了热仿真设计方法和实验的一致性,证明了该仿真在系统散热优化设计中具有指导意义.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】8页(P71-78)【关键词】功率损耗;热仿真;ICEPAK软件;参数优化;曲线拟合【作者】陈国栋;刘宏;王江涛【作者单位】上海电气输配电集团技术中心上海 200042;上海电气输配电集团技术中心上海 200042;上海电气输配电集团技术中心上海 200042【正文语种】中文【中图分类】TM464上海市科技创新行动计划资助项目（13DZ1200200）。
近年来，电力电子设备逐渐小型化，其结构设计趋向紧凑，使得柜体内散热问题变得愈加严峻。
随着大功率电力电子器件的发展[1,2]，其容量不断得到提高，发热量也随之上升。
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）模块是功率电子组件（Power Electronics Building Block，PEBB）单元的主要热源，当其处于频繁开通、关断的工作状态时，由于电力电子器件本身对温度较为敏感，一旦温度超过其额定温升范围，在自身热量的长期作用下会产生失效，工作寿命和可靠性受到极大影响[3,4]，严重时将影响整个系统的正常运行。
因此有必要对电力电子设备中PEBB单元的散热情况进行深入研究。
基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热分析与优化
工业技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.26.117基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热分析与优化王立 周玉杰(中国电波传播研究所 山东青岛 266107)摘 要：电子机箱大功率模块的散热是产品设计中的一项重要环节。
通常机箱中散热器结构采用型材散热器。
本文以某电子机箱强迫风冷的散热分析为例，利用Icepak软件对该机箱结构建立数学模型，进行温度场与风速场的仿真计算，通过计算结果与风道特性分析，在不过多增加加工成本的前提下对散热器结构进行优化，从而提高散热性能。
关键词：Icepak 型材散热器 散热分析 强迫风冷中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)09(b)-0117-03随着电子产品的集成度及组装度的不断提高，产品内各种模块的功耗也在不断增加，尤其是大功率模块，如果不进行有效合理的散热，会造成大功率模块在工作过程中失效甚至损坏。
大功率模块的散热问题是电子产品热设计中的关键。
强迫风冷散热工作可靠，易于维修保养，成本相对较低，所以在需要散热的电子设备冷却系统中被广泛采用，同时也是大功率器件采取的主要冷却方式[1]。
其核心部分就是风扇和散热器。
在当今提倡降低成本的大环境下，型材散热器成为了散热结构的首选。
1 电子机箱的仿真模型本文中电子机箱为标准3U机箱，由前面板、后面板、左右侧面板及上下盖板组成，材料均为铝合金。
型材散热器安装于机箱中部，风道为独立风道，各模块紧贴散热器基板安装。
两个风扇安装于后面板左右两侧，内部安装两个通风罩，将散热器风道与风扇连接起来。
由于某些模块功耗较小，因此模型简化为仅考虑功耗较大的两个大功率模块及一个控制模块，并且两个大功率模块均安装在风扇直接抽风的风道上。
如图1所示，其中图1（a）为机箱三维模型，图1（b ）为机箱仿真模型。
机箱计算区域尺寸为：460mm×424mm×132mm。
隔热铝合金型材k值参数
隔热铝合金型材K值参数隔热铝合金型材是一种常用于建筑中作为隔热材料的材质。
它具有轻质、耐用、导热性能好等特点，常被用于窗户、门框等构件上，以提高建筑物的隔热能力。
在选择隔热铝合金型材时，K值是一个重要的参数，它能反映出材料的导热性能。
本文将介绍隔热铝合金型材K值参数的相关知识。
K值的定义和意义K值（Thermal Conductivity）是指材料导热性能的一个物理量。
它表示单位时间内，单位面积上的热量通过材料传导的能力。
K值越小，表明材料的导热性能越差，隔热效果越好。
反之，K值越大，表明材料的导热性能越好，隔热效果越差。
隔热铝合金型材的特点隔热铝合金型材是一种由铝合金制成的型材，常见的有铝合金门窗型材、铝合金幕墙型材等。
它具有以下几个特点：1.轻质：铝合金是一种轻质材料，因此隔热铝合金型材在使用时可以减轻建筑的自重，方便安装和维护。
2.耐用：铝合金具有抗腐蚀、耐候性好的特点，能够在恶劣环境下长期使用而不受损。
3.导热性能好：铝合金的导热系数较小，是常见金属中导热性能较差的一种。
因此，隔热铝合金型材能够提供较好的隔热效果，减少建筑物热量的传导。
隔热铝合金型材K值参数的影响因素影响隔热铝合金型材K值的主要因素有以下几个：1.材料的热导率：隔热铝合金型材的热导率决定了其导热性能。
一般来说，纯铝的热导率较小，而其他合金元素的引入会增加热导率。
2.材料的密度：隔热铝合金型材的密度越大，其热传导能力越强，导热性能越好。
3.材料的厚度：隔热铝合金型材的厚度越大，其导热性能越差，隔热效果越好。
4.材料的结构：隔热铝合金型材的结构也会影响其导热性能。
一些结构特殊的隔热铝合金型材，如带有隔热腔体的型材，能够提供更好的隔热效果。
隔热铝合金型材K值参数的测定方法隔热铝合金型材的K值参数可以通过实验测定或者计算获得。
1.实验测定：通过热传导实验，可以获得隔热铝合金型材的热导率，从而计算出其K值。
这种方法通常由专业机构或实验室进行。
铝型材散热器导热系数
铝型材散热器导热系数铝型材散热器导热系数，是指铝材料在导热过程中的表现能力。
导热系数是一个数值，它反映了铝型材散热器导热的快慢程度，即铝材料在温度差下，单位时间内通过单位面积的热量传递的能力大小。
铝型材散热器作为一种常见的散热设备，在现代工业、建筑和家电等领域广泛应用。
由于散热器的主要功能是将热量从热源处传导到周围环境中，因此导热系数对于评估铝型材散热器的性能至关重要。
铝型材散热器的导热系数与铝材料的物理性质有关。
铝是一种导热性能极好的金属材料，具有较低的热阻和高的热传导率。
因此，铝材料在制造散热器时被广泛采用，以实现高效散热的目的。
铝型材散热器导热系数通常在130~180 W/(m·K)之间，这使得它能够快速有效地将热量从热源导出，保持设备的稳定运行。
在实际应用中，选择合适的铝型材散热器导热系数非常重要。
首先，根据散热需求选择导热系数，可以避免过度或不足的热传导，从而保证散热器的稳定性和效率。
其次，导热系数还直接影响散热器的体积和重量，选择合适的导热系数可以使散热器更加紧凑轻便，提高可携带性和安装便捷性。
然而，导热系数并不是决定散热器性能的唯一因素。
散热器的结构设计、表面处理以及与其他组件的热接触等因素也会影响散热效果。
因此，在选择铝型材散热器时，还应考虑这些因素的综合影响。
在铝型材散热器设计和制造过程中，还需要严格控制材料的质量和工艺的执行。
优质的铝材料和精密的加工工艺能够提高散热器的导热系数和热传导效率，使其在实际应用中发挥更好的散热效果。
此外，注意散热器的维护和清洁也是确保散热器长期有效工作的关键。
总之，铝型材散热器导热系数是评估散热器性能的重要指标之一。
合理选择合适的导热系数，结合其他因素进行综合设计和制造，能够提高散热器的效率和稳定性，保障设备的正常运行。
未来，随着科学技术的不断发展，散热器导热系数的研究和应用将会更加深入，为各行各业提供更高效、更可靠的散热解决方案。
铝散热器特点推介资料(车用散热装置公司)
铝散热器简介一、引言：公司是生产车用散热装置的专业子公司，随着散热器行业技术不断发展，为适应市场需求和企业自身发展的需要，华亨公司于年底投资新上了铝热交换器项目。
目前国内汽车行业，在轿车和轻型车上已普遍使用铝散热器，但2006年以前在重卡上还未曾使用（或未普遍使用），陕重汽也未做过这样的尝试。
为了适应陕汽的发展需要，汽车散热装置有限公司（以下简称公司）根据散热器行业的发展潮流，在重卡上使用铝散热器可行性研究的基础上，与陕汽研发部门签订了重卡系列铝散热器产品(等)设计研发技术协议。
同创华亨公司陆续设计研发成功340马力以下重卡DZ铝散器总成、340-375马力重卡铝散器总成、375-420马力重卡DZ铝散器总成。
从2007年5月开始，铝散器总成陆续在陕汽系列重卡装配使用，实现了重卡系列散热器以铝代铜的切换，取得了可喜的经济效益和社会效益。
二、重卡使用铝散热器的可行性研究：1. 重卡使用铝散热器符合国家产业政策。
2.铝散热器使用寿命高于铜散热器：由于铜、铝散热器采用的焊接设备和工艺方法上的不同，其产品的结构强度差别较大。
铝散热器焊接为硬钎焊，焊接温度为577～612℃，而铜散热器采用的是软钎焊，焊接温度低于450℃。
铝散热器焊接接头的剪切强度为50～58MPa，抗拉强度为86～96MPa，而铜散热器锡焊抗扭强度为34～37MPa;所以铝散热器的结构强度要高于铜散热器很多。
考虑到铝散热器的不易维修性，在材料设计选用时必须考虑到产品的可靠性和使用寿命，因此，铝散热器的可靠性要远高于铜散热器，目的是尽量减少整车用户的后期使用维修成本。
有关试验表明，铝散热器和铜散热器相比在同等条件下，铝散热器无故障里程要远远高于铜散热器。
3. 采用铝散热器的散热效率要高于铜散热器：从材料选用上看，铝散热器要比铜散热器选材厚一些，抗内部压力变形能力会比铜散热器强一些。
从物理传热特性方面看，铜的导热比铝材要优越，但是，焊接铜散热器所用的锡铅焊料导热系数比铝材焊料导热系数要小得多。
建筑用铝合金隔热型材传热系数测定与相关国家标准制订
建筑用铝合金隔热型材传热系数测定与相关国家标准制订李扬;黄日勇;詹浩;胡靖;肖永通【摘要】本文采用热箱法对建筑用铝合金隔热型材热性能指标(传热系数)进行了测定和分析.研究和探讨了隔热型材的金属型材结构、隔热部件结构、投影面积和复合方式等多种因素对传热系数检测结果的影响.论述了建筑用铝合金隔热型材传热系数测定与制订相关国家标准的联系和意义.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】3页(P4-6)【关键词】铝合金建筑型材;隔热型材;传热系数测定;国家标准制【作者】李扬;黄日勇;詹浩;胡靖;肖永通【作者单位】广东省工业分析检测中心,广东广州510650;泰诺风保泰(苏州)隔热材料有限公司,江苏苏州518057;广东省工业分析检测中心,广东广州510650;泰诺风保泰(苏州)隔热材料有限公司,江苏苏州518057;广东省工业分析检测中心,广东广州510650【正文语种】中文【中图分类】TG146建筑用铝合金隔热型材是既具有环保节能效果又具有铝合金质轻易加工特点的节能产品。
我国引进隔热型材新技术后，市场需求急速增长，行业盛况空前。
随着行业的发展，隔热型材的热性能越来越成为关注的焦点，对隔热型材的优化设计、节能效果评价都需要建立在完善、准确的热性能检测技术和评价体系之上。
我国隔热型材产品的国家标准体系中，对隔热型材的力学性能、表面性能和使用性能等已进行了规定[1-3]，根据我国国情提出建立的热箱法传热系数测定方法则解决了隔热型材热性能的检测方法问题[4]。
传热系数的测定，是基于一维稳态传热的原理。
模仿试件两边为均匀温度的流体，将试件放置在已知环境温度的热室和冷室之间，在稳态下测量空气温度和表面温度以及输入热室的功率，计算出试件的传热性质[5]。
门窗或框架传热系数的测定即采用此原理[6,7]。
铝合金隔热型材是组成门窗的主要部件，传热系数的测定也采用相同原理。
传热系数测定的设备，主要为热箱，包括标定热箱和防护热箱，我国主要采用标定热箱。
热电制冷技术在船舶舱室热环境控制中的应用
热电制冷技术在船舶舱室热环境控制中的应用徐隽霏;李小军;周爱民;王世忠【摘要】从热电制冷技术原理出发,将热电制冷与传统机械压缩式制冷的各固有特性进行对比,介绍了2种船用空调系统的热电制冷应用方案及工艺流程；并根据船舶舱室温湿度控制的需求,设计了一套水冷热电制冷装置,用于船舶舱室局部空间环境温湿度的控制；最后分析研究了该热电制冷装置的特性,分别考察了制冷量与环境温度、工作电流、制冷效率和工作电压等参数之间的关系.%This paper firstly introduces the refrigeration principle of the thermoelectric refrigerating technology, compares with the traditional compression refrigerating system and presents the two kinds of the thermoelectric refrigerating program and system process used in the ship air conditioning system. Also a set of water-cooled thermoelectric refrigerator as a new type local air conditioner is designed, which could substitute water-cooled coined cooler. Finally this paper studies the different parameters relation such as the temperature、working current、refrigeration capacity and so on.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】5页(P69-73)【关键词】热电制冷装置;水冷;空调系统【作者】徐隽霏;李小军;周爱民;王世忠【作者单位】武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TB69目前在船用空调领域中，盘管空调器作为主要的局部空调设备得到广泛应用，但其也存在着管路复杂、控制精度低、体积大、噪声大等缺点。
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收稿日期:2001209212基金项目:国家部委科技预研基金资助项目(J161313)作者简介:韩 宁(19712),男,讲师,西安电子科技大学博士研究生.型材散热器热特性分析韩 宁1,余墨娟2,赵 殳1,徐国华1(11西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安 710071;21信息产业部电子第三研究所,北京 100015)摘要:采用数值方法对型材散射器的三维流场及温度场进行了分析计算.对流项的离散采取了一阶迎风格式,用SIMPLEC 算法在交错网格上进行迭代计算.流场中气体和固体区域采用了整体求解方法.在此基础上,定量分析了结构因素对散热器热阻的影响.实验数据表明了该算法的有效性.关键词:散热器;热分析;数值方法中图分类号:TK1; 文献标识码:A 文章编号:100122400(2002)0420551205Thermal 2characteristicanalysisoftheplatefinheatsinkHAN Ning 1,YU Mo 2juan 2,ZHAO Dun 2shu 1,XU Guo 2hua 1(1.SchoolofElectromechanicalEng.,XidianUniv.,Xi ′an 710071,China;2.TheThirdResearchInst.ofMII,Beijing 100015,China )Abstract: Thethree 2dimensionalvelocityfieldandtemperaturefieldoftheplatefinheatsinkarecalculatedby numericalmethods.Theupwinddifferenceschemeisusedtodealwiththediscretizationoftheconvection 2diffusionterm.Thepressure 2velocitycouplingistreatedwiththeSIMPLECalgorithmusingastaggeredgridsystem.Thesamesetofmomentumandenergyequationsaresolvedforthesolidandfluidregions.Therelationbetweenthermal resistancesandsinkstructureisnumericallyanalyzedonthisbasis.Finally,experimentalresultsshowthatthe algorithmiseffective.KeyWords: platefinheatsink;thermalanalysis;numericalmethods虽然型材散热器已有了相应的国家标准(GB742312287),但其中的自然对流和强迫风冷条件下的热阻关系曲线均为实验数据整理所得,与实际应用有一定误差.在散热器的数值热分析方面,Tuckerman 和Pease 在忽略了肋片中沿流体流动方向的导热后,建立了散热器准二维肋模型[1],Samalam 则获得了该模型的一个级数形式的精确解[2].Harpole 和Eninger 运用多孔介质流动中的Darcy 定律建立并求解了散热器二维传热模型[3].在国内,喻世平和辛明道对微通道结构的散热器进行了实验研究[4].上述二维或准二维模型在等壁温或等热流密度情况下能给出比较满意的计算结果,但当实际散热器不满足上述条件时,会引起较大误差.此外,如果不考虑固体肋片对流场的三维扰动作用,也会影响计算精度.笔者采用数值传热学的基本理论和方法,直接对型材散热器的三维稳态流场和温度场进行了数值模拟,得出了一些有益的结论.1 数值热分析原理对于不可压缩流体,在三维欧拉空间中,取一任意形状的封闭体(称为控制容积),将质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律用于该控制容积后,可以得到微分型的流体流动控制方程:连续方程 ・V =0 ,(1)2002年8月第29卷 第4期西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITYAug.2002Vol.29 No.4Navier 2Stokes 方程 d V /d t =f -(1/ρ) p +μ 2V ,(2)能量方程 d e/d t =(k/ρ) 2T +q k +(1/ρ)Φ ,(3)式中f 为体积力,q k 为单位体积的辐射能,Φ为流体的粘性耗散能量,μ为流体粘度,k 为流体导热系数,ρ为流体密度.对于低Re 数流动,需要考虑自然对流作用.笔者采用了Boussinesq 近似(详见文献[5]),故方程(2),(3)可简化为Navier 2Stokes 方程 ρ0(d V /d t )=- p -ρ0g k +μ 2V +αρ0ΔT g k ,(4)能量方程 d T/d t =(k/(ρc p )) 2T ,(5)式中c p 为流体的比定压热容.在直角坐标系中,为了程序编制的通用性,可将式(1)～(5)改写成如下通用形式:ρ5(u φ)5x +ρ5(v φ)5y +ρ5(w φ)5z =Γφ52φ5x 2+52φ5y 2+52φ5z 2+S φ ,(6)式中φ为通用变量(u ,v ,w ,p ,T ),Γφ为广义扩散系数,S φ为广义源项.对于上面所列的偏微分方程组,直接求解十分困难,更多的是采用数值计算方法.由于流体流动所固有的“迎风”特性,目前在国际计算流体动力学界,有限差分(或有限体积)法占了绝对的优势.文中采用了基于有限差分方法的有限体积法.对于流场中包含的固体区域采用了整体法求解,即在程序中并不区分固体区和流体区,二者的区别仅仅表现在物性参数上.确定物性参数的主要原则是保证各个控制容积的质量流量和热流密度连续,具体方法为:流体的物性参数取实际值,固体区域的粘度取极大值(一般可取为1010),固体密度取流体密度以保证控制容积界面上的质量流量连续,固体热容取流体热容以保证界面热流密度连续,其他物性参数均取固体的实际值.不可压流场的数值求解中主要存在两大难点:一是对流2扩散项的离散格式;二是压力与速度的耦合问题.为了提高计算精度,笔者采用了乘方格式来离散对流2扩散项,离散后所得线性方程组的形式为a P <P =a E <E +a W <W +a N <N +a S <S +a T <T +a B <B +b ,(7)式中各系数a P ,a E 等的具体形式参见文献[5].上述方程组是非对称、稀疏的,因此往往采用迭代法求解.为了加快迭代收敛的速度,笔者采用了TDMA (三对角矩阵直接解法)和ADI (交替方向块迭代)结合的方法.为了解决压力与速度的耦合问题,笔者采用了基于交错网格的SIMPLEC 方法,具体实验步骤见[5].图1 散热器结构示意图在上述基础上,笔者开发了型材散热器热分析软件.该软件由用户界面模块、数值计算模块、材料数据库管理和维护模块、计算结果显示模块等部分组成.2 物理模型及计算边界条件为了验证计算结果的正确性,笔者设计并加工了几种不同材料及结构的散热器样品,限于篇幅.仅列出3种散热器的计算结果.散热器的结构见图1.表1为3种散热器的有关结构参数.表1 3种散热器的有关结构参数编号材料导热系数/(W ・m -1・K -1)通道宽W chan /mm 肋片宽W fin /mm 肋高h /mmL ×W ×H /mm3通道数n1铝20401500150525×25×7242铜33001500150525×25×7243铜33001250125525×25×748 对于图1所示的散热器结构,选择的计算模型如图2所示.255 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第29卷图2 散热器计算模型与风洞尺寸相比散热器尺寸较小,因此若以风洞尺寸作为计算边界,则空气部分网格过多.考虑到空气的粘度较小,散热器对空气的扰动局限在其附近区域内,因此将图2中的东、西及上边界(虚拟边界)处理为对称轴边界.为了尽量模拟实际工作状况,将散热器放置在绝热垫块上,即认为热量全部由肋片散失.热源采用了片状厚膜陶瓷电阻,用导热胶粘贴在散热器底面.西边界:对称轴边界,u =0,5v/5x =0,5w/5x =0,5T/5x =0;东边界:对称轴边界,边界条件同西边界;上边界:对称轴边界,w =0,5u/5x =0,5w/5z =0,5T/5z =0;下边界:非渗透性绝热固体壁面,满足无滑移条件,u =v =w =0,5T/5z =0;南边界:,v =v ∞,t =t f ,u =v =0,其中v ∞为来流速度,t f 为环境温度;北边界:出口边界,假定流体在出口处为均匀发展,即采取局部单向化假定.整个计算区域在x ,y ,z 3个方向的离散网格数为59×35×17.采用作者开发的型材散热器热分析软件进行了数值计算和结果分析.3 计算结果分析图3为1号散热器在入口风速v ∞=615m/s 的情况下,半高度方向x 2y 平面的速度场分布图.从图3可以看出,由于散热器放置在自由空间中,因此狭窄的肋片间距必然会对流动产生阻碍,反映在图中就是散热器两旁的速度分量大,肋片间的速度分量小,即散热器对流体产生了“推挤”作用,而这一效应又必然会对温度场产生影响,所以在对型材散热器进行传热分析时,不能简单地将其处理成二维或准二维模型,而应该采用三维模型进行计算.图3 散热器在半肋高处的速度分布图4 散热器在底面处的温度分布 图4为1号散热器在入口风速v ∞=615m/s,环境温度t f =22℃,底面输入功率为7138W 的情况下,底面层的温度场分布图.从图中可以看出,散热器的底面温度分布趋势为入口处较低,出口处较高,具有明显的“拖尾”现象.整个散热器的最高温度点位于底面靠近出口处,最高温度为49169℃.这些均与试验结果吻合得很好,定量对比见后.散热器的热阻可定义为R cf =(T c -T f )/Q ,式中T c 为散热器最高温度,T f 为周围环境温度,Q 为散热功率.影响散射器热阻的因素很多,其中冷却空气的流速无疑是比较重要的一个,因为它直接决定了风机的选355第4期 韩 宁等:型材散热器热特性分析择及风冷系统的结构形式.图5即为2号散热器在功率为10157W,环境温度为22℃时,其热阻同冷却风速之间的关系曲线.从图5可以看出,散热器热阻随风速的增大而减小.在相同结构下,当风速由410m/s提高到615m/s时,散热器热阻由6136℃/W降为3167℃/W,降幅为41%;而当风速由615m/s提高到10m/s时,相应的热阻降幅只为29%.因此,在冷却风速比较低时,提高风速可显著地降低散热器热阻.图5 定功率时风速对散热器热阻的影响图6 肋片间距对散热器热阻的影响 肋片间距是影响散热器热阻的另外一个重要因素.为了考查肋间距与热阻之间的定量关系,选取2号散热器为研究对象.在入口风速为615m/s,散热器功耗为10157W,环境温度为22℃的条件下,其热阻同肋片间距之间的定量关系如图6所示.从图6可看出,在某一特定风速下,散热器的肋间距存在一最优值.对于1号和3号散热器,数值分析的结果同样显示出上述趋势.4 实验结果散热器的实验可分为两类:⑴定流速实验,即固定流速改变加热功率;⑵定功率实验,即固定加热功率改变流速.为了减小实验误差,所有实验均在专用风洞中进行,实验装置如图7所示.图7 散热器实验装置示意图限于篇幅,这里仅列出2号散热器的实验结果.表2为空气流速615m/s时的实验数据与计算数据的对比.表2 2号散热器定风速实验结果室温/℃热功率/W最高肋根温度/℃热阻/(℃・W-1)实验值计算值实验值计算值温度计算误差/(%)22154170331035132123217271071343818421121222167815101574612491721242157716141395414551621222130212 表3为2号散热器在环境温度为22℃,热功率为10157W时,不同风速下的实验值与计算值的对比.通过表中数据可以看出,计算值和实验值的误差完全在允许的范围之内,表明了计算结果的可信性.455 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第29卷表3 2号散热器定功率实验结果室温/℃风速(m ・s -1)最高肋根温度/℃热阻/(℃・W -1)实验值计算值实验值计算值温度计算误差/(%)2241058126118314231776125154917531421622197714615451749122124215771781043174610210521275135 结束语笔者采用数值计算方法直接求解了型材散热器的三维稳态流场及温度场,实验结果表明这种方法是可行的.从结果中可以看出,影响散热器热阻的因素比较多,如何综合考虑这些因素,使得在一定工作条件下散热器的热阻最小是工程设计中一个迫切需要解决的问题.参考文献:[1]TuckermanDB,PeaseRFW.High 2performanceHeatSinkingforVLSI[J].IEEEElectronDeviceLetter,1981,(2):1262129.[2]SamalamVK.ConvectiveHeatTransferinMicrochannels[J].JofElectronicMaterials,1989,18(5):6612667.[3]HarpoleGM,EningerJE.Micro 2ChannelHeatExchangerOptimization[A].SeventhIEEESemi 2ThermSymposium[C].NewYork:IEEE,1991.59263.[4]喻世平,辛明道1微通道散热器的性能实验[J]1重庆大学学报,1994,17(4):6211.[5]陶文铨1数值传热学[M]1西安:西安交通大学出版社,1988.(编辑:郭 华) (上接第529页)确保了只有某一拥有该解密密钥的参与者才能得到相关信息,保证了各个时期子秘密的安全性.由于秘密信息总是由一位值得信赖的分发者来分配,因而减少了通信数据传输量和总计算量.参考文献:[1]ShamirA.HowtoShareaSecret[J].CommunicationsoftheACM,1979,22(11):6122613.[2]杨 波,孙晓蓉,王育民1基于门限方案的密钥托管[J]1西安电子科技大学学报,1998,25(2):2392241.[3]SchneierB.应用密码学[M]1吴世忠译1北京:机械工业出版社,2000.49251.[4]SimmomsGJ.AnIntroductiontoSharedSecretand/orSharedControlSchemesandTheirApplication[C].InContemporaryCryptology:theScienceofInformationIntegrity[C].NewYork:IEEEPress,1992.4412497.[5]王育民,何大可1保密学———基础与应用[M]1西安:西安电子科技大学出版社,1990.2462342.[6]GennaroR,JareckiS,KrawczykH,etal.SecureDistributedKeyGenerationforDiscrete 2logBasedCryptosystems[A].AdvancesinCryptology 2EUROCRYPT π99[C].Berlin:Springer 2Verlag,1999.2952310.[7]LinHY,HarnL.AGeneralizedSecretSharingSchemewithCheaterDetection[A].AdvancesinCryptology 2ASIACRYPT π91Proceedings[C].Berlin:Springer 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