第二讲电子设备热设计方法.pptxVIP

第二讲 电子设备热设计基本知识;一热源和耗散功率 电子设备只要通电就有发热，是热源，其产生的热量等于功率的耗散。耗散功率（发热功率）是热设计的基础。可以采用试验和理论计算来确定。一般都增加安全系数，保守取值，适当取高些。 热设计一般是取最恶劣工况：最高环境温度和最大热耗散的情况下设计。 ;;;一、导热;Q;;实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接触 —— 给导热带来额外的热阻;减小散热器与器件之间的接触热阻;;; 半导体功率器件安装于散热器上的接触热阻值可参考表2-4查取。;工程中常用的减小接触热阻的主要措施：;二、对流;对流换热热阻： ;;;表面换热系数计算;二、自然对流换热的简化计算;表2-1 自然对流准则方程中的C和n值;强迫对流换热的准则方程;管内受迫流动换热 管内受迫流动的特征表现为：流体流速、管子入口段及温度场等因素对换热的影响。 入口段：入口段管内流动换热系数是不稳定的，所以计算平均对流换热系数应对入口段进行修正。在紊流时，如果管长与管内径之比L/d50则可忽略入口效应，实际上多属于此类情况。 弯管修正 其他关联式 管内受迫层流换热准则式： Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25 ;流动阻力 流体流动的阻力:由于流体的粘性和固体边界的影响，使流体在流动过程中受到阻力，这个阻力称为流动阻力，可分为沿程阻力和局部阻力两种。 沿程阻力：在边界沿程不变的区域，流体沿全部流程的摩檫阻力。 局部阻力：在边界急剧变化的区域，如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置，是流体的流体状态发生急剧变化而产生的流动阻力。 ;管内层流沿程阻力计算(达西公式) hf=λ(L/de)(ρV2/2) λ－沿程阻力系数，λ＝64/Re 管内紊流沿程阻力计算 hf=λ(L/de)(ρV2/2) λ＝f(Re，ε/d)，即紊流时沿程阻力系数不仅与雷诺数有关，还与相对粗糟度ε有关。 尼古拉兹采用人工粗糟管进行试验得出了沿程阻力系数的经验公式： 紊流光滑区：4000Re105, λ采用布拉修斯公式计算： λ＝0.3164/Re 0.25; 非园管道沿程阻力的计算 引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园管，只需把园管直径换成当量水力直径。 de=4A/x 局部阻力 hj＝ξρV2/2 ξ－局部阻力系数 突然扩大： 按小面积流速计算的局部阻力系数：ζ1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。 ;三、辐射;;辐射换热计算方程;c. 辐射换热网络法;2 传热方程;传热过程和传热系数;3 一维稳态传热过程中的热量传递;上面传热过程中传递的热量为：;热电模拟; 热设计时应利用中间散热器，它们一般属于设备的一部分，通常为设备的底座、外壳或机柜、冷板、肋片式散热器或设备中的空气、液体等冷却剂。;a. 根据对每个元器件的可靠性要求，确定元器件的最高允许温度;3冷却方法的选择;3.1 冷却方法的分类;冷却方式的选择方法 确定冷却方法的原则 在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却，只有在自然冷却无法满足散热要求时，才考虑其它冷却。 冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流密度或体积功率密度值的范围来确定冷却方式，具有一定的局限性，如图1所示。 ;3.2 冷却方法的选择;二、冷却方法可以根据热流密度和温升要求，按下图关系进行选择。这种方法适用于温升要求不同的各类设备的冷却;三、设备内部的散热方法应使发热元器件与被冷却表面或散热器之间有一条低热阻的传热路径。;七、直接液体冷却适用于体积功率密度较高的元器件 或设备。直接液体冷却要求冷却剂与元器件相容，其典型热阻为每平方厘米1.25℃/W。直接强迫液体冷却的热阻为每平方厘米0.03℃/W。;3.3 冷却方法选择示例;;热设计步骤;8. 对初步分配的各类热阻进行评估，以确定这种分配是否合理。并确定可以采用的或允许采用的冷却技术是否能够达到这些要求。;1.2 热设计应