【正文】 大功率 IGBT熱管散熱器 109 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 高端 CPU熱管散熱器 110 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 Note Book RHE Type 111 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 Note Book RHE Type Fan Fan 112 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 IPC or Server RHE Type 113 Desktop PC 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 114 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) ? 計(jì)算機(jī) CPU用熱管散熱器 176。 102 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 余熱回收系統(tǒng) 特點(diǎn)： 傳熱溫差??； 傳遞熱量大。 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－ 對(duì)外界要求的適應(yīng)性 98 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－熱管的傳熱極限 粘性極限 聲速極限 攜帶極限 毛細(xì)極限 沸騰極限 99 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 R1：熱源與蒸發(fā)段外壁面間的 （ 對(duì)流 ） 換熱熱阻 R2：蒸發(fā)段管壁的徑向?qū)釤嶙?。 WQmlmmd 1 0 0 01200 ???mlKmW e f fcu )/(3 8 6 ????6598????? ?cue f fBA AlQt?BAt ??)(2 5 4 6 9 6 kmWtAlQBAe f fe f f ????????660386254696 ??cue f f??94 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－理想的等溫性 熱管正常工作時(shí)，內(nèi)部處于汽液兩相的平衡狀態(tài) ——ClausiusClapeyron Eq. ——熱管內(nèi)蒸氣由蒸發(fā)段流向冷凝段的壓差 ——蒸發(fā)段與冷凝段間溫差 因 很小，所以 也很小 但 （ ）隨 Q的增加而增加，可用于對(duì)等溫要求很高的黑體爐、等溫爐等 dpptdtvv??dpdtdpdpdtdt95 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 熱量： 即 熱流密度： 所以 Q ce ??eein AQq /?ccout AQq /?eco u tinAAqq ??熱管的特性－熱流密度可調(diào)性 outin ?96 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－傳熱方向的可逆性 97 熱源：熱流體的對(duì)流，熱固體的輻射熱， 固體的導(dǎo)熱 單向傳熱：熱二極管，美國阿拉斯加輸 油管道的永久凍土層熱管保護(hù)系 統(tǒng)， 114000支熱管，長度最長可 達(dá) 21m。 ?熱管技術(shù) ? 熱管的工作原理之三－ 重力熱管工作原理 90 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ： 冷凝液回收方式 熱管形式 重力 重力熱管 毛細(xì)力 標(biāo)準(zhǔn)熱管 離心力 回轉(zhuǎn)熱管 ?熱管技術(shù) ?熱管的形式 91 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 按熱管的結(jié)構(gòu)形狀，可分為： 單管型熱管 平板型熱管 分離型（回路）熱管 ?熱管技術(shù) ?熱管的形式 分離型熱管 平板型熱管 92 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 由于熱管的特有結(jié)構(gòu)，使它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，它的應(yīng)用正是以這些特性為基礎(chǔ)。 加熱端的液體在受熱后即汽化形成一個(gè)壓力梯度迫使蒸氣沿著管道流向冷凝端 ， 蒸氣在冷凝端釋放汽化潛熱而冷凝 ， 冷凝液體在吸液芯的毛細(xì)作用下或在重力的作用下回到加熱端 ， 形成循環(huán) 。 ? 1960~1970年：發(fā)明熱管并成功應(yīng)用于航天事業(yè) 1942~1944年， R. S. Gaugler提出了現(xiàn)代熱管的原理，但未實(shí)際應(yīng)用； 1963年， G. M. Grover再次提出了這一原理，并以熱管命名； 六十年代，成功應(yīng)用于空間飛行和原子反應(yīng)堆； ? 七十年代至今：熱管在地面上各領(lǐng)域的應(yīng)用蓬勃發(fā)展 82 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的基本結(jié)構(gòu) 熱管通過工作流體的蒸發(fā)與冷凝來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞 。它能夠在熱源與散熱片間以較小的溫差實(shí)現(xiàn)熱傳遞，也可以在散熱器基板表面實(shí)現(xiàn)等溫以提高散熱器的效率。 ? 劣勢 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。 由于散熱器分散，部分區(qū)域的功率管可以省掉導(dǎo)熱絕緣膜。 散熱器可以自由置于最有利的通風(fēng)位置，從而提高散熱器的散熱效率。 C Diamond 2,000 W/m 176。 C Aluminum 180 W/m 176。 但由于熱管制造工藝復(fù)雜 ， 可靠性較低 ， 價(jià)格高 ， 在我司未獲得應(yīng)用 。 ?熱管技術(shù)由于其傳熱溫差小 ， 傳熱效率高已在電子設(shè)備上逐步獲得應(yīng)用 。 由于傳統(tǒng)的型材散熱器傳熱效率最低 ， 而以 鏟齒散熱器 /針裝散熱器 /釬焊 /插片成型散熱器為代表的新的散熱器成型方式將逐步取代傳統(tǒng)笨重的型材散熱器 。 78 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?大功率 UPS及變頻器熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?大功率 UPS及變頻器由于其熱損耗較大 ， 往往需要較大的散熱器 。 ? 二次電源模塊熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 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。傳統(tǒng)的集中散熱的方式 (所有的功率管全部集中在一個(gè)散熱器上 )無法滿足模塊體積逐步減小的要求。從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期的目的。 仿真分析軟件可以同時(shí)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析比較，并能夠確定出最佳的設(shè)計(jì)方案。 ?求解器 ： Fluent求解器能夠求解多種流體介質(zhì)問題；能夠求解結(jié)構(gòu)化 ， 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格問題；支持網(wǎng)絡(luò)并行 。 具有如下優(yōu)點(diǎn)： ?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； 有 thinconduction 薄板模型 。后處理部分包括 Visulation、 Flomotion和 Table， Visulation完成仿真計(jì)算結(jié)果的可視化顯示； Flomotion除了也可以實(shí)現(xiàn)可視化顯示外，還可以制作流場的動(dòng)畫顯示；熱分析模型的大量計(jì)算數(shù)據(jù)如某區(qū)域的平均溫度、空氣流量等可以通過 Table模塊查詢。 Flogate是一個(gè)數(shù)據(jù)接口模塊，它可以把單板的裝配圖文件（ IDF 格式）導(dǎo)入 Flotherm，直接完成單板的建模設(shè)計(jì)。 Project Manager用于項(xiàng)目管理、物性參數(shù)、網(wǎng)格參數(shù)、計(jì)算參數(shù)的設(shè)定等；Drawing Board提供了一個(gè)可視化的建立機(jī)柜、插框、單板、芯片幾何 模型的界面和計(jì)算網(wǎng)格劃分工具。 ? Flotherm軟件基本上可以分為前處理、求解器和后處理三個(gè)部分。 Thermal是其中面向熱設(shè)計(jì)研究的專用模塊。 Structure是該軟件面向結(jié)構(gòu)分析研究的專用模塊。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。 ? 對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)路進(jìn)行優(yōu)化，最大限度的提高散熱效率。 72 熱仿真技術(shù) ?仿真分析技術(shù)軟件在產(chǎn)品開發(fā)的作用 ? 對(duì)產(chǎn)品的溫度場作出預(yù)測，使我們?cè)谶M(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)關(guān)注熱點(diǎn)區(qū)域。 71 熱仿真技術(shù) ?仿真分析技術(shù)及軟件介紹 ? 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，滿足產(chǎn)品快速開發(fā)的需要，并可以顯著降低產(chǎn)品驗(yàn)證熱測試的工作量。 ? 降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和重復(fù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的費(fèi)用。 Rjs= Rsa+Rjc+ Rcs＋Rb=+++=℃/w Tj=Ta+ PT Rth(ja).＝ 40＋ = ℃ 70 熱仿真技術(shù) ?為什么要進(jìn)行熱仿真分析？ ? 提高產(chǎn)品的性能及可靠性。 Rsa－散熱器熱阻， ℃ /W 69 元器件工作結(jié)溫的計(jì)算 ?元器件的工作結(jié)溫計(jì)算 ? [案例 1]30A模塊中，輸出二極管處散熱器的臺(tái)面溫度為 ℃ ，二極管的最大結(jié)溫為 175 ℃ ，結(jié)殼熱阻為 ℃ /W， 接觸熱阻為 ℃ /W， 絕緣墊片的熱阻為 ℃ /W， 計(jì)算二極管的工作結(jié)溫。 Rb 絕緣墊片的熱阻， ℃ /W，可絕緣墊片的數(shù)據(jù)資料中查得，無絕緣墊片時(shí)該項(xiàng)熱阻為零。 層流： hc(高空 )＝ hc(海平面 )(ρ 高空 /ρ 海平面 ) 湍流： hc(高空 )＝ hc(海平面 )(ρ 高空 / ρ 海平面 ) hc(高空 )， hc(海平面 )－ 分別為高空及海平面的強(qiáng)迫風(fēng)冷對(duì)流換熱系數(shù) ， W/ p高空 ， p海平面 － 分別為高空及海平面的空氣壓力 ， 帕斯卡 66 海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策 ?自然對(duì)流時(shí)的解決對(duì)策 預(yù)先計(jì)算出海拔高度對(duì)自然對(duì)流換熱系數(shù)的影響大小，通過增加相應(yīng)的對(duì)流換熱面積來彌補(bǔ)高空換熱能力的減弱，按下式計(jì)算： F對(duì)流 (高空 )＝ F對(duì)流 (海平面 )/(ρ 高空 /ρ 海平面 ) 67 海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策 ?強(qiáng)迫對(duì)流時(shí)的解決對(duì)策 ? 增大面積法 預(yù)先計(jì)算出海拔高度對(duì)自然對(duì)流換熱系數(shù)的影響大小，通過增加相應(yīng)的對(duì)流換熱面積來彌補(bǔ)高空換熱能力的減弱，按下式計(jì)算： F對(duì)流 (高空 )＝ F對(duì)流 (海平面 )/(ρ 高空 /ρ 海平面 ) ? 提高風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速 RPM2/RPM1＝ ρ 海平面 /ρ 高空 68 元器件工作結(jié)溫的計(jì)算 ?元器件的工作結(jié)溫計(jì)算 ? 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+ PT Rth(js) Rth(js) =Rjc+Rcs+Rb Rth(js)－器件結(jié)到散熱器的熱阻， ℃ /W。 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 65 海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策 ?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 。 由于隨著海拔高度的增加 ， 空氣的密度逐漸減小 ， 空氣上升的能力也就減少 ， 自然對(duì)流換熱的能力減弱 。已知風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速為2022RMP，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)。 ? 有時(shí)由于沒有合適的風(fēng)機(jī)而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機(jī)，在保證設(shè)計(jì)風(fēng)量的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的電壓或其他方式降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇的噪音。 ? 對(duì)于風(fēng)扇冷卻的機(jī)柜，在標(biāo) 準(zhǔn)機(jī)房內(nèi)噪音不得超過 55dB， 在普通民房內(nèi)不得超過 65dB。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)。 4 2 . 3291 5 . 15 . 1 8△ P ( P a )2 . 5 93 . 2 73 . 9 45 . 6 3f A / A f 0 . 4 0 . 4 0 . 4 0 . 41 ζ2K e1 . 0 21 . 0 21 . 0 21 . 0 2K c + 1 ζ25 . 5 74 . 1 82 . 7 91 . 3 9質(zhì)量流速 G ( k g / s )1 , 3 6 6 . 21 ,0 2 4 .6 26 8 3 . 13 4 1 . 5 4雷諾數(shù) R e2022501005059 熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法 ?冷板的計(jì)算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 空氣流過冷板后的溫升 空氣口溫度為 40 ℃ ， ρ １ ＝ ， Cp=℃ μ = 106kg/， Pr=