【正文】 液體放熱段蒸發(fā)為蒸氣加熱段籍助于工質(zhì)的相變潛熱傳輸熱量 二大優(yōu)點(diǎn)： （潛熱顯熱） （理論上ΔT → 0）冷凝液籍助重力回流，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作可靠注意：； 。216。w 1942年前：簡(jiǎn)單的二相熱虹吸管 J. Perkins及他的孫子L. P. Perkins發(fā)明并改進(jìn)了“Perkins tube”即熱虹吸管——簡(jiǎn)單的重力熱管。 劣勢(shì) 由于各部分散熱器已達(dá)到最佳化，散熱器抗熱沖擊能力會(huì)減弱，應(yīng)引起特別關(guān)注。 可以最大限度的發(fā)揮風(fēng)扇的作用，提高了風(fēng)扇的利用率。CDiamond2,000 W/m 176。應(yīng)用熱管技術(shù)可以有效減小散熱器的體積，減小傳導(dǎo)熱阻。 如何有效的提高散熱器的傳熱效率成為引導(dǎo)該類(lèi)產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)發(fā)展的原動(dòng)力。 二次電源模塊熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 二次電源模塊正朝著高效率、超輕、超薄、高功率密度的方向發(fā)展。 一次電源模塊的熱設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)隨著電源模塊功率密度的升高，熱設(shè)計(jì)已逐漸成為瓶頸問(wèn)題。如果軟件使用者具有足夠的熱設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，則完全可以省略試驗(yàn)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)。所以仿真軟件結(jié)果的可靠性決定于熱設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)及理論水平。 進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣分析，得出最佳的設(shè)計(jì)方案。③求解器：Fluent求解器能夠求解多種流體介質(zhì)問(wèn)題；能夠求解結(jié)構(gòu)化，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格問(wèn)題；支持網(wǎng)絡(luò)并行。具有如下優(yōu)點(diǎn)：①建模能力： 除了有矩形，圓形模型外，還有多種復(fù)雜形狀模型，如橢球體、多面體、管道、斜板等模型； 求解器是Flosolve模塊，它可以完成模型的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)計(jì)算。前處理包括Project Manager、Drawing Board和Flogate。216。 Ansys軟件是由美國(guó)Ansys公司推出的多物理場(chǎng)有限元仿真分析軟件，涉及結(jié)構(gòu)、熱、計(jì)算流體力學(xué)、聲、電磁等學(xué)科，能夠有效地進(jìn)行各種場(chǎng)的線(xiàn)性和非線(xiàn)性計(jì)算及多種物理場(chǎng)相互影響的耦合分析。 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)軟件是基于計(jì)算傳熱學(xué)技術(shù)（NTS）和計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)（CFD）發(fā)展電子設(shè)備散熱設(shè)計(jì)輔助分析軟件，它可以幫助熱設(shè)計(jì)工程師驗(yàn)證、優(yōu)化熱設(shè)計(jì)方案，滿(mǎn)足產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的需要，并可以顯著降低產(chǎn)品驗(yàn)證熱測(cè)試的工作量。216。 提高風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速 RPM2/RPM1＝ ρ海平面/ρ高空 五、 熱仿真技術(shù)為什么要進(jìn)行熱仿真分析216。 hc(高空)＝hc(海平面)(ρ高空/ρ海平面) =hc(海平面) (p高空/p海平面) hc(高空)，hc(海平面)－分別為高空及海平面的自然對(duì)流換熱系數(shù)，W/ ρ高空，ρ海平面－分別為高空及海平面的空氣密度，Kg/m3 p高空，p海平面－分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡 、 海拔高度對(duì)強(qiáng)迫冷卻條件的熱設(shè)計(jì)要求 海拔高度對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷影響的機(jī)理是由于隨著海拔高度的增加，空氣密度減小，質(zhì)量流速減小，空氣分子間碰撞的概率降低，對(duì)流換熱能力減弱。已知風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速為2000RMP，噪音為40db，求在半速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇的噪音為多少？如果已知全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇的工作點(diǎn)為(50CFM,)，試求風(fēng)扇在半速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作點(diǎn)。 對(duì)于不得不采用大風(fēng)量，高風(fēng)壓風(fēng)扇從而產(chǎn)生較大噪音的情況，可以在機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、前后門(mén)內(nèi)側(cè)、風(fēng)扇框面板、側(cè)板等處在不影響進(jìn)風(fēng)的條件下貼吸音材料，吸音效果較好的材料主要是多孔介質(zhì)，如玻璃棉，厚度越厚越好。 風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口受阻擋所產(chǎn)生的噪音比其出風(fēng)口受阻擋產(chǎn)生的噪音大好幾倍，所以一般應(yīng)保證風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口離阻擋物至少30mm的距離，以免產(chǎn)生額外的噪音。When fan speed changes When air density changes Air flow CFM2 = CFM1 (RPM2/RPM1) WRONG! CFM2 = CFM1 (density2/density1) WRONG! MASSFLOW2 = MASSFLOW1 (density2/density1) Pressure P2 =P1 (RPM2/RPM1)2 P2 = P1 (density2/density1) Power HP2 = HP1 (RPM2/RPM1)3 HP2 = HP1 (density2/density1) Noise N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1) N2 = N1 + 20 log10 (density2/density1) 、風(fēng)扇的噪音問(wèn)題216。 如果已知散熱器的熱阻，環(huán)境溫度，則器件的工作結(jié)溫為： Tj=Ta+ PTRth(ja) Rth(ja) =Rsa+Rjc+Rcs+Rb Rth(ja)－器件結(jié)到環(huán)境的熱阻，℃/W。 如果已知道散熱器臺(tái)面溫度Ts , 則器件的工作結(jié)溫為： Tj=Ts+ PTRth(js) Rth(js) =Rjc+Rcs+Rb Rth(js)－器件結(jié)到散熱器的熱阻，℃/W。 確定是否滿(mǎn)足△P[△P]，如果不滿(mǎn)足，需減小冷板的阻力(如選擇阻力較小的齒形、增大齒解決等)或重新選擇壓頭較大的風(fēng)扇【案例】10KVA UPS 冷板散熱器，要求冷板散熱器臺(tái)面溫升小于30℃(在40℃的環(huán)境溫度下)。 傳熱計(jì)算 確定空氣流過(guò)冷板后的溫升：t=Q/qmCp 確定定性溫度 tf=(2ts+t1+t2)/4， 冷板臺(tái)面溫度 ts為假定值 設(shè)定冷板的寬度為b，則通道的橫截面積為Ac ，Ac=bAc0 確定定性溫度下的物性參數(shù)(μ、Cp、ρ、Pr)。 【案例】散熱器DXC616(天津鋁合金廠編號(hào))，截面圖略，單位長(zhǎng)度的重量為21KG/m。 肋片效率 對(duì)直齒肋： η=th(mb)/(mb)) m=(2 hc/λδ0) δ0：肋片根部厚度(m) 　　　　　　 b. 肋高(m)　216。 實(shí)際所須風(fēng)量為： q`=Q/(△t)=800/(15)= 按照2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量： q=2q`=2= 下表風(fēng)扇為可選型號(hào) 型材散熱器的計(jì)算216。 模塊 有風(fēng)扇端的通風(fēng)面積: Sfan=(φin2－φhub2) 無(wú)風(fēng)扇端的通風(fēng)面積S=() Sfan 216。 對(duì)通風(fēng)機(jī)箱 WT=(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt +4σεTm3ΔT+1000uAΔT 216。 尼古拉茲采用人工粗糟管進(jìn)行試驗(yàn)得出了沿程阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式： 紊流光滑區(qū)：4000Re105, λ采用布拉修斯公式計(jì)算： λ＝、非園管道沿程阻力的計(jì)算 引入當(dāng)量水力半徑后所有園管的計(jì)算方法與公式均可適用非園管，只需把園管直徑換成當(dāng)量水力直徑。、層流、紊流與雷諾數(shù) 層流：流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，有規(guī)則的層流運(yùn)動(dòng)。 水力半徑：總流過(guò)過(guò)流斷面面積A與濕周x之比稱(chēng)為水力半徑，應(yīng)符號(hào)R表示，單位M。如數(shù)量以體積衡量稱(chēng)為體積流量Q；單位為m3/s(CFM)；如數(shù)量用重量衡量稱(chēng)為重量流量G，單位為Kg/s。這段距離稱(chēng)為入口段。溫度變化率不超過(guò)1℃/min，溫度變化范圍不超過(guò)20℃，此指標(biāo)要求可根據(jù)產(chǎn)品不同由廠家自行調(diào)整；F、元器件的冷卻劑及冷卻方法應(yīng)與所選冷卻系統(tǒng)及元件相適應(yīng)，不會(huì)因此產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電解腐蝕；G、冷卻系統(tǒng)的電功率一般為所需冷卻熱功率的3%一6%；H、冷卻時(shí)，氣流中含有水分，溫差過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生凝露或附著，防止水份及其它污染物等導(dǎo)致電氣短路、電氣間隙減小或發(fā)生腐蝕。C、合理布局準(zhǔn)則：a、將發(fā)熱量大的元件安裝在條件好的地方，如靠近通風(fēng)孔；b、將熱敏元件安裝在熱源下面。、導(dǎo)熱導(dǎo)熱的設(shè)計(jì)規(guī)范比較多，挑一些比較常見(jiàn)的羅列具體如下：A、進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的通風(fēng)路徑須經(jīng)過(guò)整個(gè)散熱通道，一般進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱下側(cè)方角上，出風(fēng)口在機(jī)箱上方與其最遠(yuǎn)離的對(duì)稱(chēng)角上；B、避免將通風(fēng)孔及排風(fēng)孔開(kāi)在機(jī)箱頂部朝上或面板上；C、為防止氣流回流，進(jìn)口風(fēng)道的橫截面積應(yīng)大于各分支風(fēng)道截面積之和；D、對(duì)靠近熱源的熱敏元件，采用物理隔離法或絕熱法進(jìn)行熱屏蔽。器件選型時(shí)盡量選用發(fā)熱小的元器件，如片狀電阻、線(xiàn)繞電阻(少用碳膜電阻)；獨(dú)石電容、鉭電容(少用紙介電容)；MOS、CMOS電路(少用鍺管)；指示燈采用發(fā)光二極管或液晶屏(少用白熾燈)，表面安裝器件等。 風(fēng)道的設(shè)計(jì)原則 風(fēng)道盡可能短，縮短管道長(zhǎng)度可以降低風(fēng)道阻力； 盡可能采用直的錐形風(fēng)道，直管加工容易，局部阻力小； 風(fēng)道的截面尺寸和出口形狀，風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)扇的出口一致，以避免因變換截面而增加阻力損失，截面形狀可為園形，也可以是正方形或長(zhǎng)方形；、電源系統(tǒng)典型的風(fēng)道結(jié)構(gòu)吹風(fēng)方式、電源系統(tǒng)典型的風(fēng)道結(jié)構(gòu)抽風(fēng)方式 熱設(shè)計(jì)的思路以上部分是定量設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容，在有了一個(gè)定量的設(shè)計(jì)指導(dǎo)后，也有一些具體的工程技巧來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算結(jié)果的要求。 如果風(fēng)扇同時(shí)冷卻散熱器及模塊內(nèi)部的其它發(fā)熱器件，應(yīng)在模塊內(nèi)部采用阻流方法，使大部分的風(fēng)量流入散熱器。、典型的自然冷機(jī)柜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)：252。 機(jī)柜上部的監(jiān)控及配電不能阻塞風(fēng)道，應(yīng)保證上下具有大致相等的空間。 底部或側(cè)面不能漏風(fēng)。輻射傳熱要求輻射表面必須彼此可見(jiàn)。②對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷，由于散熱表面的平均溫度較低，一般可忽略輻射換熱的貢獻(xiàn)。、 當(dāng)風(fēng)速大于1m/s(200CFM)時(shí)，可完全忽略浮升力對(duì)表面換熱的影響。、增加散熱器的齒片數(shù)。、自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會(huì)對(duì)自然對(duì)流效果產(chǎn)生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。 散熱器的設(shè)計(jì)方法、散熱器設(shè)計(jì)的步驟通常散熱器的設(shè)計(jì)分為三步 a:根據(jù)相關(guān)約束條件設(shè)計(jì)處輪廓圖。計(jì)算：℃/W，則(R+)=(8555) ℃/20W，則R=℃/W。熱阻=溫度差 / 熱耗（單位℃/W）熱阻越小則導(dǎo)熱性能越好，這個(gè)概念等同于電阻，兩端的溫度差類(lèi)似于電壓，傳導(dǎo)的熱量類(lèi)似于電流。比如某電源調(diào)整芯片，體積功率密度=，查下圖得出金屬傳導(dǎo)冷卻可滿(mǎn)足要求按照上圖，可以得出冷卻方法的選擇順序：自然冷卻一導(dǎo)熱一強(qiáng)迫風(fēng)冷一液冷一蒸發(fā)冷卻。如溫升40℃（縱軸），（橫軸），按下圖找到交叉點(diǎn)，落在自然冷卻區(qū)內(nèi)，得出自然對(duì)流和輻射即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。二、 散熱設(shè)計(jì)的目的控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的 工作環(huán)境條件下不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度。高溫對(duì)電子產(chǎn)品的影響：絕緣性能退化；元器件損壞；材料的熱老化；低熔點(diǎn)焊縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫落。所以電失效的很大一部分是熱失效。由此可見(jiàn)，如果想把產(chǎn)品的可靠性做高，一方面使設(shè)備和零部件的耐高溫特性提高，能承受較大的熱應(yīng)力（因?yàn)榄h(huán)境溫度或過(guò)載等引起均可）；另一方面是加強(qiáng)散熱，使環(huán)境溫度和過(guò)載引起的熱量全部散掉，產(chǎn)品可靠性一樣可以提高。 按照《GJB/Z2792 電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)手冊(cè)》的規(guī)定（如下圖1），根據(jù)可接受的溫升的要求和計(jì)算出的熱流密度，得出可接受的散熱方法。下圖（圖2）是溫升要求不超過(guò)40℃時(shí)，不同體積功率密度所對(duì)應(yīng)的散熱方式。 散熱器的選擇這里面還應(yīng)注意一個(gè)問(wèn)題，是不是強(qiáng)迫風(fēng)冷