【正文】 熱阻： 216。216。 ThermaBase? heat sinks與型材散熱器的比較ThermaBase? heat sinks的工作原理Phase plane216。 散熱器較輕可以減少振動(dòng)損壞。 風(fēng)扇的可以以較低的運(yùn)轉(zhuǎn)速度使風(fēng)扇的可靠性提高。 散熱器基板溫度低使元器件的可靠性更高。C/W at 90 watts with 2 m/s air flow thermal resistance .45176。R3：蒸發(fā)段吸液芯的（徑向）導(dǎo)熱熱阻R4：蒸發(fā)段內(nèi)表面的 蒸發(fā)換熱熱阻R5：蒸汽的軸向流動(dòng)熱阻R6：冷凝段內(nèi)表面的冷凝換熱熱阻R7：冷凝段吸液芯的（徑向）導(dǎo)熱熱阻R8：冷凝段管壁的（徑向）導(dǎo)熱熱阻R9：冷源與冷凝段外壁面的（對流）換熱熱阻R10：管壁與吸液芯的軸向?qū)釤嶙鑂5R4R3R2R1R10R6R7R8R9ThTc、熱管的應(yīng)用、空間飛行器溫度控制：衛(wèi)星、航天飛行器、宇宙服 高傳熱量小溫差的傳熱、核反應(yīng)堆堆芯的熱控制、余熱回收系統(tǒng) 特點(diǎn)：傳熱溫差?。粋鬟f熱量大熱管鍋爐 熱管省煤器 熱管空預(yù)器加熱爐余熱回收 水泥窯爐余熱發(fā)電 高爐熱風(fēng)爐余熱回收 窯爐余熱回收 干燥機(jī)余熱回收 鍋爐空氣預(yù)熱器、熱管散熱器電子器件冷卻：有效的散熱已成為十分重要的問題，常規(guī)金屬（單相）散熱器已無法滿足不斷增長的散熱要求，高效、被動(dòng)、緊湊型的相變散熱器——熱管散熱器的應(yīng)用已勢在必行。 溫度控制：可控?zé)釋?dǎo)熱管。①良好的導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱方式： 熱管——工質(zhì)相變 銅、銀——顯熱,自由電子,分子熱運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)熱系數(shù)： 倍對實(shí)心銅棒： ℃ 式中：A——銅棒的橫截面積對于銅熱管：如 為10℃則熱管的式中：A——熱管的當(dāng)量橫截面積 且這一比值隨d0↓，l↑而增大。 熱管的基本結(jié)構(gòu)－常用介質(zhì)熱源（SOURCE）汽化潛熱熱沉（SNIK）凝結(jié)為液體放熱段蒸發(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)簡單工作可靠注意：； 。 熱管的基本結(jié)構(gòu)－毛細(xì)吸液芯主要型式：金屬絲網(wǎng)/金屬粉末燒結(jié)/軸向槽道216。216。熱管內(nèi)部為真空，一般都有吸液芯。w 1942年前：簡單的二相熱虹吸管 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——簡單的重力熱管。 基本理念熱管技術(shù) 熱管是一種具有高效導(dǎo)熱性能的傳熱器件。 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。 產(chǎn)品的功率密度可以達(dá)到很高。 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。 優(yōu)勢 可以自由根據(jù)各部分的損耗大小來設(shè)計(jì)散熱器，從而保證散熱器的最佳化。CDiamond2,000 W/m 176。CAluminum180 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。216。 如何有效的提高散熱器的傳熱效率成為引導(dǎo)該類產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)發(fā)展的原動(dòng)力。 大功率UPS及變頻器熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢216。 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。分散式散熱成為解決這一難題的主要技術(shù)。 一次電源模塊的熱設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢隨著電源模塊功率密度的升高，熱設(shè)計(jì)已逐漸成為瓶頸問題。216。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)。 在操作流程上面的差異 傳統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)方法利用設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)確定出設(shè)計(jì)方案，然后利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，在通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。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。 對產(chǎn)品的風(fēng)路進(jìn)行優(yōu)化，最大限度的提高散熱效率。 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。 對產(chǎn)品的溫度場作出預(yù)測，使我們在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)關(guān)注熱點(diǎn)區(qū)域。③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。②網(wǎng)格技術(shù)：有結(jié)構(gòu)化，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；有四面體網(wǎng)格；有四面體、六面體混合網(wǎng)格；能夠?qū)?fù)雜模型快速生成高質(zhì)量網(wǎng)格；支持結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的nonconformal網(wǎng)格 。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； 216。 求解器是Flosolve模塊，它可以完成模型的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度場和流場計(jì)算。通過在Project Manager和Drawing Board中的互動(dòng)操作，就可以完成具體的建模工作。前處理包括Project Manager、Drawing Board和Flogate。 216。216。Flortran是該軟件面向流場分析研究的專用模塊。 Ansys軟件是由美國Ansys公司推出的多物理場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)行各種場的線性和非線性計(jì)算及多種物理場相互影響的耦合分析。 目前商業(yè)的熱設(shè)計(jì)軟件種類繁多，有基于有限體積法的Flotherm、Ideas、Icepack、Tas－Harvard thermal、Cool it、Betasoft，及基于有限元的Ansys等，其中Flotherm、Ideas、Icepack占據(jù)大部分的市場份額。 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。216。216。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。 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 、 自然對流時(shí)的解決對策 預(yù)先計(jì)算出海拔高度對自然對流換熱系數(shù)的影響大小，通過增加相應(yīng)的對流換熱面積來彌補(bǔ)高空換熱能力的減弱，按下式計(jì)算：F對流(高空)＝ F對流(海平面)/(ρ高空/ρ海平面)、 強(qiáng)迫對流時(shí)的解決對策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 、 海拔高度對強(qiáng)迫冷卻條件的熱設(shè)計(jì)要求 海拔高度對強(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)。 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。 對于風(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。 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。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)。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)扇的噪音問題216。 Rjs= Rjc+ Rcs＋Rb=++=℃/w Tj= Ts+PdRjs=+= ℃ [案例2] 如把[案例1]中的二極管在一散熱器中央， ℃/w，環(huán)境溫度為40 ℃。 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。 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。 如果已知道散熱器臺面溫度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。 空氣流過冷板后的溫升 空氣口溫度為40 ℃，ρ１＝，Cp=℃ μ=106kg/， Pr= 質(zhì)量流量 qm== △t= Q/qmCp== ℃ 定性溫度： tf=(2ts+t1+t2)= (280+40+)/4= ℃ 按定性溫度查物性得： ρ１＝，Cp=℃