電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)方法

1、產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)方法介紹為什么要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)？ 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。溫度對(duì)元器件的影響 ：一般而言，溫度升高電阻阻值降低；高溫會(huì)降低電容器的使用壽命；高溫會(huì)使變壓器、扼流圈絕緣材料的性能下降，一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于95C;溫度過(guò)高還會(huì)造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化 一IMC增厚，焊點(diǎn)變脆，機(jī)械強(qiáng)度降低；結(jié)溫的升高會(huì)使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增 加，導(dǎo)致集電極電流增加，又使結(jié)溫進(jìn)一步升高，最終導(dǎo)致元件失效。介紹熱設(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。最高允許溫度的

2、計(jì)算應(yīng)以元器件的應(yīng)力分析為基礎(chǔ) ,并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每 一個(gè)元器件的失效率相一致。在本次講座中將學(xué)到那些內(nèi)容 風(fēng)路的布局方法、產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)計(jì)算方法、風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法、海拔高度對(duì)熱 設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策、熱仿真技術(shù)、熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。授課內(nèi)容風(fēng)路的設(shè)計(jì)方法 20分鐘 產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)計(jì)算方法40分鐘風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法20分鐘海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策20分鐘熱仿真技術(shù)、熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)50分鐘概述風(fēng)路的設(shè)計(jì)方法 ：通過(guò)典型應(yīng)用案例，讓學(xué)員掌握風(fēng)路布局的原則及方法。產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)計(jì)算方法 ：通過(guò)實(shí)例分析，了解散熱器的校核計(jì)算方法、風(fēng)量的計(jì)算方法、通風(fēng)口的大

3、小的計(jì)算方法。風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法 ：了解風(fēng)扇的基本定律及應(yīng)用；了解噪音的評(píng)估方法。 海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策： 了解海拔高度對(duì)風(fēng)扇性能的影響、 海拔高度對(duì)散熱器及元器件的 影響，了解在熱設(shè)計(jì)如何考慮海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度的影響。熱仿真技術(shù)： 了解熱仿真的目的、要求，常用熱仿真軟件介紹。 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)： 了解最新散熱技術(shù)、了解新材料。風(fēng)路設(shè)計(jì)方法自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)機(jī)柜的后門(mén) （面板 ）不須開(kāi)通風(fēng)口。底部或側(cè)面不能漏風(fēng)。應(yīng)保證模塊后端與機(jī)柜后面門(mén)之間有足夠的空間。 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。 對(duì)散熱器采用直齒的結(jié)構(gòu) ,模塊放在機(jī)

4、柜機(jī)架上后 ,應(yīng)保證散熱器垂直放置 ,即齒槽應(yīng)垂直于水平面。對(duì) 散熱器采用斜齒的結(jié)構(gòu) ,除每個(gè)模塊機(jī)箱前面板應(yīng)開(kāi)通風(fēng)口外 ,在機(jī)柜的前面板也應(yīng)開(kāi)通風(fēng)口。 風(fēng)路設(shè)計(jì)方法自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)案例風(fēng)路設(shè)計(jì)方法自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì) 典型的自然冷機(jī)柜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式 風(fēng)路設(shè)計(jì)方法強(qiáng) 迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 如果發(fā)熱分布均勻， 元器件的間距應(yīng)均勻，以使風(fēng)均勻流過(guò)每一個(gè)發(fā)熱源 . 如果發(fā)熱分布不均勻，在發(fā)熱量大的區(qū)域元器件應(yīng)稀疏排列，而發(fā)熱量小的區(qū)域元器件布局應(yīng)稍密些， 或加導(dǎo)流條，以使風(fēng)能有效的流到關(guān)鍵發(fā)熱器件。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

5、熱器。進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：一方面盡量使其對(duì)氣流的阻力最小，另一方面要考慮防塵，需綜合考慮二者 的影響。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??； 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；風(fēng)路設(shè)計(jì)方法強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)典型結(jié)構(gòu)風(fēng)路設(shè)計(jì)方法強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)典型的風(fēng)道結(jié)構(gòu)-吹風(fēng)方式風(fēng)路設(shè)計(jì)方法熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論自然對(duì)流換熱大空間的自然對(duì)流換熱nNu=C(Gr.Pr).定性溫度：tm=(tf+tw)/2定型尺寸按及指數(shù)按下表選取

6、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論自然對(duì)流換熱有限空間的自然對(duì)流換熱垂直封閉夾層的自然對(duì)流換熱問(wèn)題分為三種情況：(1) 在夾層內(nèi)冷熱壁的兩股流道邊界層能夠相互結(jié)合，形成環(huán)流；(2) 夾層厚度3與高度之比S /h>0.3時(shí)，冷熱的自然對(duì)流邊界層不會(huì)相互干擾，也不會(huì)出現(xiàn)環(huán)流， 可按大空間自然對(duì)流換熱計(jì)算方法分別計(jì)算冷熱的自然對(duì)流換熱；(3) 冷熱壁溫差及厚度均較小，以厚度為定型尺寸的Gr=(Bg t S 3)/ u 3<200O時(shí)，通過(guò)夾層的熱量可按純導(dǎo)熱過(guò)程計(jì)算。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論自然對(duì)流換熱有限空間的自然對(duì)流換熱水平夾層的自然對(duì)流換熱問(wèn)題分為三種情況：(1)熱面朝上，冷熱面之間無(wú)流動(dòng)發(fā)生，按導(dǎo)熱計(jì)算；

7、 熱面朝下，對(duì)氣體 Gr.Pr<1700,按導(dǎo)熱計(jì)算；(3) 有限空間的自然對(duì)流換熱方程式：Nu=C(G .Pr) m( S /h) n定型尺寸為厚度S，定性溫度為冷熱壁面的平均溫度Tm=(t wl+tw2 )熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流體受迫流動(dòng)換熱管內(nèi)受迫流動(dòng)換熱管內(nèi)受迫流動(dòng)的特征表現(xiàn)為：流體流速、管子入口段及溫度場(chǎng)等因素對(duì)換熱的影響。入口段：流體從進(jìn)入管口開(kāi)始需經(jīng)歷一段距離后管兩側(cè)的邊界層才能夠在管中心匯合，這時(shí)管斷面流速分布及流動(dòng)狀態(tài)才達(dá)到定型。這段距離稱為入口段。入口段管內(nèi)流動(dòng)換熱系數(shù)是不穩(wěn)定的，所以計(jì)算平均對(duì)流換熱系數(shù)應(yīng)對(duì)入口段進(jìn)行修正。在紊流時(shí)，如果管長(zhǎng)與管內(nèi)徑之比L/d>50

8、則可忽略入口效應(yīng)，實(shí)際上多屬于此類情況。管內(nèi)受迫層流換熱準(zhǔn)則式：0.330.430.10.25Nu=0 15RePr Gr (Pr/Prw)管內(nèi)受迫紊流換熱準(zhǔn)則式：0.804tw >tfNu=OO23R e Prtw<tfNu=O.O23Re0.8 Pr0.3熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流量與斷面平均流速流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流斷面的流體數(shù)量。如數(shù)量以體積衡量稱為體積流量Q;單位為m3/s(CFM)； 如數(shù)量用重量衡量稱為重量流量 G,單位為Kg/s。二者的關(guān)系為：G= 丫 Q斷面平均流速 ：由于流體的粘性，過(guò)流斷面上各點(diǎn)的流速分布不均勻，根據(jù)流量相等原則所確定的 均勻流速稱為斷

9、面平均流速。單位 m/s(CFM)V = Q/A濕周與水力半徑濕周：過(guò)流斷面上流體與固體壁面相接觸的周界長(zhǎng)度。用x表示，單位m。水力半徑：總流過(guò)過(guò)流斷面面積 A與濕周x之比稱為水力半徑，應(yīng)符號(hào) R表示，單位M。 恒定流連續(xù)性方程對(duì)不可壓縮流體： V1A1=V2A2.對(duì)可壓縮流體 ： p iViAi= p 1V2A2熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流 體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 恒定流能量方程2對(duì)理想流體:Z + p/y +v /2g=常數(shù)實(shí)際流體 : 由于粘性作為會(huì)引起流動(dòng)阻力，流體阻力與流體流動(dòng)方向相反作負(fù)功，使流體的總能2量不斷衰減，每個(gè)斷面的 Z+ p/y+v /2g工常數(shù)，假設(shè)流體從斷面 1到斷面2的能量損失為hw

10、，則元流的能 量方程式為：22Zi + pi / 丫 +vi /2g = Z2 + p2/ 丫 +V2 /2g + hw熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流 體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體流動(dòng)的阻力 : 由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體在流動(dòng)過(guò)程中受到阻力，這個(gè)阻力稱為流 動(dòng)阻力，可分為沿程阻力和局部阻力兩種。沿程阻力 ：在邊界沿程不變的區(qū)域，流體沿全部流程的摩檫阻力。局部阻力 ：在邊界急劇變化的區(qū)域，如斷面突然擴(kuò)大或突然縮小、彎頭等局部位置，是流體的 流體狀態(tài)發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。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)。Re=vd e V <2300層流紊流 ：流體質(zhì)點(diǎn)相互混雜，無(wú)

11、規(guī)則的紊流運(yùn)動(dòng)。 顯然層流狀態(tài)下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流狀態(tài)下除摩檫阻力外還存在由于質(zhì)點(diǎn)相互碰 撞、混雜所造成的慣性阻力，因此紊流的阻力較層流阻力大的多 。Re=Vde/V <2300紊流熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流 體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 管內(nèi)層流沿程阻力計(jì)算 (達(dá)西公式 )hf=入(L/d e)( p V2/2)入沿程阻力系數(shù)，入=64/Re管內(nèi)紊流沿程阻力計(jì)算2hf=入(L/d e)( p V /2)入=f(Re, £ /d)，即紊流時(shí)沿程阻力系數(shù)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與相對(duì)粗糟度£有關(guān)。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)：4000<

12、Re<105,入采用布拉修斯公式計(jì)算：0.25入=0.3164/Re熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論流 體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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。de=4A/x局部阻力2hj= E p V /2E 局部阻力系數(shù)突然擴(kuò)大： 按小面積流速計(jì)算的局部阻力系數(shù)：Z 1 =(1-A1/A2)按大面積流速計(jì)算的局部阻力系數(shù)：Z 2 = (1-A2/A1)突然縮?。?可從相關(guān)的資料中查閱經(jīng)驗(yàn)值。散熱器的設(shè)計(jì)方法散熱器冷卻方式的判據(jù)對(duì)通風(fēng)條件較好的場(chǎng)合：散熱器表面的熱流密度小于 對(duì)通風(fēng)條件較惡劣的場(chǎng)合：散熱器表面的熱流密度小于 散熱器強(qiáng)

13、迫風(fēng)冷方式的判據(jù) 對(duì)通風(fēng)條件較好的場(chǎng)合， 散熱器表面的熱流密度大于對(duì)通風(fēng)條件較惡劣的場(chǎng)合： 散熱器表面的熱流密度大于 風(fēng)冷。0.039W/cm 2，可采用自然風(fēng)冷。0.024W/cm 2 ，可采用自然風(fēng)冷。0.039W/cm 2而小于 0.078W/cm 2，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。220.024W/cm 2而小于 0.078W/cm 2，必須采用強(qiáng)迫散熱器的設(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1:根據(jù)相關(guān)約束條件設(shè)計(jì)處輪廓圖。2:根據(jù)散熱器的相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進(jìn)行優(yōu)化。 3:進(jìn)行校核計(jì)算。散熱器的設(shè)計(jì)方法 自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)方法 考慮到自然冷卻時(shí)溫度

14、邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對(duì)流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm如果散熱器齒高低于10mm可按齒間距1.2倍齒高來(lái)確定散熱器的齒間距。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。自然對(duì)流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理，以增大散熱表面的輻射系數(shù)，強(qiáng)化輻射換熱。 由于自然對(duì)流達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)， 所以自然對(duì)流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠， 以抗擊瞬時(shí)熱負(fù)荷的 沖擊，建議大于 5mn以上。散熱器的設(shè)計(jì)方法強(qiáng)迫冷卻散熱器的設(shè)計(jì)方法在散熱器表面加波紋齒，波紋齒的深度一般

15、應(yīng)小于0.5mm。增加散熱器的齒片數(shù)。 目前國(guó)際上先進(jìn)的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達(dá)到 23的高寬比， 國(guó)內(nèi)目前高寬比最大 只能達(dá)到 8。對(duì)能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場(chǎng)合，建議采用低溫真空釬焊成型的冷板，其齒間距最小可到 2mm。采用針狀齒的設(shè)計(jì)方式，增加流體的擾動(dòng)，提高散熱齒間的對(duì)流換熱系數(shù)。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。散熱器的設(shè)計(jì)方法在一定冷卻條件下，所需散熱器的體積熱阻大小的選取方法散熱器的設(shè)計(jì)方法在一定的冷卻體積及流向長(zhǎng)度下，確定散熱器齒片最佳間距的大小的方法散熱器的設(shè)計(jì)方法不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率比較散熱器的設(shè)計(jì)方法散熱器的相似準(zhǔn)

16、則數(shù)及其應(yīng)用方法相 似準(zhǔn)則數(shù)的定義散熱器的設(shè)計(jì)方法散熱器的相似準(zhǔn)則數(shù)及其應(yīng)用方法相似準(zhǔn)則數(shù)的應(yīng)用散熱器的設(shè)計(jì)方法散熱器的基板的優(yōu)化方法散熱器的設(shè)計(jì)方法不同風(fēng)速下散熱器齒間距選擇方法散熱器的設(shè)計(jì)方法不同風(fēng)速下散熱器齒間距選擇方法散熱器的設(shè)計(jì)方法優(yōu)化散熱器齒間距的經(jīng)驗(yàn)公式及評(píng)估風(fēng)速變化對(duì)熱阻的影響的經(jīng)驗(yàn)公式散熱器的設(shè)計(jì)方法輻射換熱的考慮原則如果物體表面的溫度低于50C,可忽略顏色對(duì)輻射換熱的影響。因?yàn)榇藭r(shí)輻射波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)，處于不可見(jiàn)的紅外區(qū)。 而在紅外區(qū)， 一個(gè)良好的發(fā)射體也是一個(gè)良好的吸收體， 發(fā)射率和吸收率與物體表面的顏色 無(wú)關(guān)。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)

17、。如果物體表面的溫度低于50 C,可不考慮輻射換熱的影響。輻射換熱面積計(jì)算時(shí)，如表面 積不規(guī)則，應(yīng)采用投影面積。即沿表面各部分繃緊繩子求得 的就是這一投影面積，如圖所示。輻射傳熱要求輻射表面必須彼此可見(jiàn)。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷卻方式的選擇方法確定冷卻方法的原則 在所有的冷卻方法中應(yīng)優(yōu)先考慮自然冷卻， 只有在自然冷卻無(wú)法滿足散熱要求時(shí)， 才考慮其它冷卻。冷卻方式的選擇方法1：根據(jù)溫升在40 C條件下各種冷卻方式的熱流密度或體積功率密度值的范圍來(lái)確 定冷卻方式，具有一定的局限性，如圖 1所示。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷卻方式的選擇方法冷卻方式的選擇方法 2: 根據(jù)熱流密度與溫升要求，按圖2所示關(guān)系曲線選擇，此

18、方法適應(yīng)于溫升要求不同的各類設(shè)備的冷卻熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷卻方式的選擇方法冷卻方式的選擇方法案例某電子設(shè)備的功耗為 300W機(jī)殼的幾何尺寸為248 X 381 X 432mm在正常大氣壓下，若設(shè)備的允許溫升 為40C，試問(wèn)采用那種冷卻方法比較合理？計(jì)算熱流密度：q=300/2(2.48X 2.2.48+2.48 X 4.32+2.2.81 X 4.32)=0.04W/cm根據(jù)圖2查得，當(dāng) t=40 C, q=0.04W/cm2時(shí)，其交點(diǎn)正好落在自然冷卻范圍內(nèi)，所有采用自然冷卻 方法就可以滿足要求。若設(shè)備的溫升有嚴(yán)格限制，假設(shè)只允許10C，由圖2可以看出，需強(qiáng)迫風(fēng)冷才能滿足要求。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法機(jī)

19、箱的熱設(shè)計(jì)計(jì)算密封機(jī)箱1.25 3WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2) t . +4 Z £ Tm A T對(duì)通風(fēng)機(jī)箱1.25 3WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2) A t . +4 Z £ Tm A T+1000uA A T對(duì)強(qiáng)迫通風(fēng)機(jī)箱1.25 3WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2) At . +4 Z £ Tm A T+ 1000Q fA T熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法 熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法自 然冷卻時(shí)進(jìn)風(fēng)口面積的計(jì)算在機(jī)柜的前面板上開(kāi)各種形式的通風(fēng)孔或百葉窗, 以增加空氣對(duì)流, 進(jìn)風(fēng)口的面積大小按下式計(jì)算：-51.5Sin=Q/(7.4X 1

20、0-5 HX A t 1.5)2s-通風(fēng)口面積的大小，cmQ-機(jī)柜內(nèi)總的散熱量，WH-機(jī)柜的高度，cm，約模塊高度的1.5-1.8倍，A t=t2-t1 內(nèi)部空氣t2與外部空氣溫度 t1之差 ，C 出風(fēng)口面積為進(jìn)風(fēng)口面積的 1.5-2倍強(qiáng)迫風(fēng)冷出風(fēng)口面積的計(jì)算模塊有風(fēng)扇端的通風(fēng)面積 :2Sfan=0.785( $ in 無(wú)風(fēng)扇端的通風(fēng)面積 S=(1.1-1.5) Sfan 系統(tǒng)在后面板 (后門(mén) )上與模塊層對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)通風(fēng)口，通風(fēng)口的面積大小應(yīng)為：S= (1.5-2.0)(N xs模塊)N-每層模塊的總數(shù)S模塊-每一個(gè)模塊的進(jìn)風(fēng)面積熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法通風(fēng)面積計(jì)算的案例案例鐵道信號(hào)電源機(jī)柜模塊及系

21、統(tǒng)均為自然冷卻，每層模塊的散熱量為360W模塊的高度為7U,進(jìn)出口溫差按20C計(jì)算，機(jī)柜實(shí)際寬度為 680mm試計(jì)算每層進(jìn)出風(fēng)口的面積？H按2倍模塊的高度計(jì)算，即H=2x 7U=14U進(jìn)風(fēng)口的面積按下式計(jì)算：-51.5S in=Q/(7.4 X 10- x HX t .)-51.52=360/(7.4x10-5x 14 x4.44 x 201.5)=875 cm 2進(jìn)風(fēng)口高度 h機(jī)柜的寬度按B=680m計(jì)，則進(jìn)風(fēng)口的高度為：H=Sin /B=875/68=128.7mmb出風(fēng)口面積 Sout2Sout =(1.5-2.0)S in=2x 875=1750 cm2熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法實(shí)際冷卻風(fēng)量的計(jì)

22、算方法q'=Q/(0.335 T)q'-實(shí)際所需的風(fēng)量，M3/hQ 散熱量， W T-空氣的溫升，C, 一般為 10 15 C。確定風(fēng)扇的型號(hào)經(jīng)驗(yàn)公式：按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：q=(1.5-2)q' 按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號(hào)。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法實(shí)際冷卻風(fēng)量的計(jì)算方法案例：10K UPS主功率管部分的實(shí)際總損耗為800W，空氣溫升按15C考慮，請(qǐng)選擇合適的風(fēng)扇。實(shí)際所須風(fēng)量為：3q'=Q/(0.335 t)=800/(0.335 x 15)=159.2m3/h按照2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：3q=2q'=2x 159.2=318.4m /h

23、下表風(fēng)扇為可選型號(hào)熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器的計(jì)算 散熱器的熱阻散熱器的熱阻是從大的方面包括三個(gè)部分。RSA=R»+R 導(dǎo) + R 輻R對(duì)=1/ (hc F i)2Fi-對(duì)流換熱面積(m), hc 寸流換熱系數(shù)(w/m .k)R輻-輻射換熱熱阻，對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷可忽略不計(jì)3 對(duì)自然冷去卩R輻=1/(4 6 e T m )R導(dǎo)R基板+ R肋導(dǎo)=3 /(入 F2)+(1/ n )-1)R對(duì)流入-導(dǎo)熱系數(shù)，w/m.h. °C3 - 散熱器基板厚度 (m)n - 肋效率系數(shù)F2-基板的導(dǎo)熱面積(m) 2m)F2=0.785*(d+ S )d-發(fā)熱器件的當(dāng)量直徑(熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器

24、的計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算自然對(duì)流垂直表面”0.25hcs=1.414( t/L)，w/m.k式中： t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升，CL-散熱表面的特征尺寸，取散熱表面的高，m水平表面，熱表面朝上:0.25hct=1.322( t/L), w/m.k式中： t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升，CL-散熱表面的特征尺寸，取L = 2(長(zhǎng)X寬)/(長(zhǎng)+寬),m水平表面，熱表面朝下0 25hcb=0.661( t/L) ., w/m.k式中： t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升，CL-散熱表面的特征尺寸，取L = 2(長(zhǎng)X寬)/(長(zhǎng)+寬),熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器的計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算強(qiáng)迫對(duì)流5層

25、流R邁10hc= (1.1-1.4)入空氣 0.66Ref0.5/L湍流 Ref>105c= (1.1-1.4)入空氣 0.032Ref°.8/L肋片效率對(duì)直齒肋：n =th(mb)/(mb)m=(2 h c/ 入 S o)S 0：肋片根部厚度(m)b.肋高(m)熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器的計(jì)算散熱器的流阻計(jì)算散熱器的流阻包括沿程阻力損失及局部阻力損失突然縮小可從相關(guān)的資料中查閱經(jīng)驗(yàn)值。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器的計(jì)算【案例】散熱器DXC-616(天津鋁合金廠編號(hào))，截面圖略，散熱器的截面積為 77.78cm2，周長(zhǎng)為2.302m， 單位長(zhǎng)度的重量為 21KG/m風(fēng)扇采用PAP

26、ST 4656Z，風(fēng)扇功率19W 最大風(fēng)量為160ni/h，壓頭為70Pa. 風(fēng)道阻力曲線的計(jì)算入口面積:F=0.785 X D2 =0.785 X 0.119 2=0.01116m2 流通面積：Ff=Fm-Fc=0.01116-0.007778=3.338X 10-3吊水力直徑：de = 4Ff/x=4 X 3.338 X 10-3/2.302=5.8 X 10-3m由于風(fēng)速較低，一般最大不會(huì)超過(guò)6m/s，雷諾數(shù)<2300,沿程阻力系數(shù)按下式計(jì)算：入=64/Re= 64 v/Vde沿程阻力按下式計(jì)算：h £=入(L/d e)( P V2/2)=(64v /Vde)(L/d e

27、)( p V/2)-6 2 2=(64X 16.96 X 10 X 0.24/(V X 0.0058 )( p V/2)=(8.07/V)(p V/2)局部阻力按下式計(jì)算：h j = E p V2/2對(duì)于突然縮小， A/A 1=0.003338心01116=0.3 ，查表得E = 0.38 總阻力損失 H=hf+ hj=(0.38+8.07/V )( p V/2)熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法型材散熱器的計(jì)算【案例】續(xù)確定風(fēng)扇的工作點(diǎn)10KVA UPS的選擇風(fēng)扇為PAPST 4656Z我們把風(fēng)道曲線與風(fēng)扇的曲線進(jìn)行疊加，其交點(diǎn)即為風(fēng)扇的工作點(diǎn)，給工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為5m/s，壓力為35Pa.散熱器的校核計(jì)算雷

28、諾數(shù) R ef =VX L/ v =5X 0.24/16.96 X 10-6 =5.6604 X 104 努謝爾特?cái)?shù)：N uf =0.66Ref0.5 =0.66(5.6604 X 104) 0.5 =157對(duì)流換熱系數(shù)：hc=1.4 入 Nlf /L=21.7w/m.k0 5m=(2 hc/ 入 3 ) . =9.82ml=9.82X 0.03=0.295，查得：n = 0.96該散熱器的最大散熱量為(散熱器臺(tái)面溫升按最大40 C考慮)：Q= hcFA t n =460.4W計(jì)算結(jié)果表面，散熱器及風(fēng)扇選型是合理的。熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法傳熱計(jì)算確定空氣流過(guò)冷板后的溫升：t=Q/q Q

29、確定定性溫度t f=(2t s+t1+t2)/4 ,冷板臺(tái)面溫度t s為假定值設(shè)定冷板的寬度為 b,則通道的橫截面積為 A , A=b X A。 確定定性溫度下的物性參數(shù) (卩、G、p、Pr)。流體的質(zhì)量流速和雷諾數(shù)G=q m/Af Re=d eG/ 口根據(jù)雷諾數(shù)確定流體的狀態(tài) (層流或紊流),Re<1800,層流, 根據(jù)流體的狀態(tài)(層流或紊流)計(jì)算考爾本數(shù) JR e<1800,層流 J=6/R e 0.98 Re>105,湍流 J=0.023/R5Re>10 ,湍流0.2e也可以根據(jù)齒形及雷諾數(shù)從GJB/Z 27-92圖12- 18查得熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法傳

30、熱計(jì)算計(jì)算冷板的換熱系數(shù)：h= JGC pP2/3計(jì)算肋片的效率 m=(2h/入3 )0.5，n f=th(ml)/ml (也可以根據(jù)ml值查相應(yīng)的圖表得到肋片效率)計(jì)算冷板的總效率：忽略蓋板及底版的效率，總效率為：A= A+A + Ab,n 0 = 1 Ar (1- n f)/A計(jì)算傳熱單元數(shù)NTU = hn cA/qmCp計(jì)算冷板散熱器的臺(tái)面溫度ts=(eNTUt2-t i)/(e NT,)熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法流體流動(dòng)阻力計(jì)算計(jì)算流通面積與冷板橫截面積之比Z =Af/A c查空氣進(jìn)入冷板時(shí)入口的損失系數(shù)Kc=f(Re, Z ): 根據(jù)雷諾數(shù)Re及 Z從GJB/Z 27-92圖12

31、 16及圖12 - 16查得 查摩擦系數(shù)f=f(Re, Z ):根據(jù)雷諾數(shù)Re從GJB/Z 27-92圖12 18查得計(jì)算流動(dòng)阻力2 2 2 P= G (Kc+1- Z )+2( p 2/p 1-1)+f p 1A/(Afp m)-(1- Z -Ke) p 1/ p 2/(2 p 1)熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法判斷準(zhǔn)則確定是否滿足ts<ts，如果不滿足，需增大換熱面積或增大空氣流量。確定是否滿足 P< P,如果不滿足，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)扇熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法案例：10KVA UPS冷板散熱器，器件的損耗為870

32、.5W，要求冷板散熱器臺(tái)面溫升小于30C (在40C的環(huán)境溫度下)。冷板散熱器的截面圖略總的流通面積2Af =30.4 X 29 X 22=0.0193952 m梯形小通道面積：Ai=(3.8+2.6) X 9.5/2=30.4mm每排有29個(gè)梯形小通道，共22排，n=29 X 22=638個(gè)基板厚度為：9mm冷板的橫截面積 Ac=120X 120 X 2=0.0288 mde=4Afi/x =4 X 30.4/(2 X 9.5+3.8+2.6)=4.787mm2水力半徑:熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法【案例】續(xù) 確定風(fēng)扇的工作點(diǎn)Re=de G/ 3 =deqm/ Af63在40C空氣的物性參

33、數(shù)為：3 = 19.1 X 10-kg/m.s,p 1.12kg/m336Re=(4.787 X 10_ X 1.12 X 0.3048 qm(60 X 19.1 X 10- X 0.0193952) =6.831 qm1(qm1 的單位為：CFM)Z =Af/A c=0.0193952/0.0288=0.673熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法冷板的計(jì)算方法【案例】續(xù)先忽略空氣密度的變化，不同流量的流阻計(jì)算如下表所示：我們把兩個(gè)NMB471的風(fēng)扇流量相加，靜壓不變，得出兩個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)后的靜壓曲線，再把上表的數(shù)據(jù)繪 制成風(fēng)道曲線并與風(fēng)扇靜壓曲線進(jìn)行畫(huà)在同一張圖上，其交點(diǎn)即為風(fēng)扇的工作點(diǎn)，即為(170CFM,0.1

34、3in.H 2O),工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為 4.14m/s。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(guò)冷板后的溫升按定性溫度查物性得：p i= 1.06kg/m3, G=1005.7J/kg. C-6=20.1 x 10 kg/m.s , Pr =0.696換熱系數(shù)質(zhì)量流速 G=q m/Af =4.14 x 1.12=4.64kg/m 2.s雷諾數(shù) Re=d eG/卩 =4.787 x 10-3 x 4.64/(20.1 x 10-6)=1105.1層流0.980.98-3J=6/R e =6/1105.1=6.25 x 10h= JGCpPr- =6.25 x 10- x 4.64 x 1

35、005.7 x 0.696 - =37.14W/m . C肋片效率 m=(2h/ 入 3 ) 0.5 =(2 x 37.14/(180 x 0.001) 0.5 =20.3 ml=20.3x 0.11=2.23n f=th(ml)/ml=th(2.23)/2.23=0.433傳熱單元數(shù)：NTUh hn oA/qmG=37.14 x 0.433 x 3.241 =0.5772 冷板的表面溫度：Ts=(eNTUt2-t 1)/(e ntu-1)=61.9C <70C冷板設(shè)計(jì)方案滿足散熱要求。風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法風(fēng)扇定律風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法風(fēng)扇的噪音問(wèn)題風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇

36、的工作點(diǎn)或風(fēng)量有直接關(guān)系，對(duì)于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小， 對(duì)于離心風(fēng)機(jī)在高風(fēng)壓，低風(fēng)量的區(qū)域噪音最小，這和風(fēng)扇的最佳工作區(qū)是吻合的。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)。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。對(duì)于風(fēng)扇冷卻的機(jī)柜，在標(biāo) 準(zhǔn)機(jī)房?jī)?nèi)噪音不得超過(guò) 55dB, 在普通民房?jī)?nèi)不得超過(guò) 65dB。風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法風(fēng)扇的噪音問(wèn)題對(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

37、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。有時(shí)由于沒(méi)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(guò)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。相應(yīng)的噪音降低變化按下式計(jì)算：N2 = N 1 + 50 log 10 (RPM 2/RPM 1)風(fēng)扇的基本定律及噪音的評(píng)估方法風(fēng)扇的噪音問(wèn)題【案例】：一電源模塊采用一個(gè)軸流風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，為了有效抑止噪音，要求風(fēng)扇只有在監(jiān)控點(diǎn)的溫度 高于85 C才全速運(yùn)轉(zhuǎn)，其余情況風(fēng)扇必須半速運(yùn)轉(zhuǎn)。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

38、的工作點(diǎn)為(50CFM,0.3IN.H 2O)，試求風(fēng)扇在半速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作點(diǎn)。解：根據(jù)風(fēng)扇定律N2 = N 1 + 50 log 10 (RPM 2/RPM 1)=40 + 50 log 10 (1000/2000)= 24.9dbP2 =P1 (RPM 2/RPM 1)2=0.3(1000/2000) 2=0.075 IN.H 2O GFM 2 = GFM 1 (RPM 2/RPM 1)=50(1000/2000)=25GFM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)自然冷卻條件的熱設(shè)計(jì)要求對(duì)于自然對(duì)流，其傳熱機(jī)理是由于冷卻空氣吸熱后其密度減小，迫使重力場(chǎng)中的空氣上升而形成冷熱空 氣的對(duì)流而

39、產(chǎn)生熱量傳遞。 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。 自然對(duì)流換熱能力的變化最終體現(xiàn)在對(duì)流換熱系數(shù)的變化上， 根據(jù)美國(guó)斯坦伯格的經(jīng)驗(yàn)公式，如果忽略空氣溫度的變化，可按下式計(jì)算海拔高度對(duì)自然對(duì)流的影響強(qiáng)弱。he（高空）=he（海平面）（p高空/p 海平 面 ）0.5=he（海平面）（p高空/p海平面）0.5he（高空）, he（海平面）一分別為高空及海平面的自然對(duì)流換熱系數(shù)，W/mk3p高空，p海平面一分別為高空及海平面的空氣密度，Kg/mp高空，p海平面一分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡海拔高度對(duì)熱設(shè)計(jì)的影響及解決對(duì)策海拔高度對(duì)

40、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。 同樣， 強(qiáng)迫對(duì)流換熱隨海拔高度的變化最終體現(xiàn)在對(duì)流換熱 系數(shù)的變化上，美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低于 5000米以下的高空，如果忽略空氣溫度的變化，可按下式計(jì)算 海拔高度對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷換熱影響的強(qiáng)弱。層流：he（高空）=he（海平面）（ p 高空 /p 海 平面 ）湍流：he（高空）=he（海平面）（p高空/p海平面）hc（高空）, he（海平面）一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/m.kp高空，p海平面一分別為高空及海平面的空氣壓力，帕

41、斯卡海拔高度對(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(guò)增加相應(yīng)的對(duì)流換熱面積來(lái)彌補(bǔ)高空換熱 能力的減弱，按下式計(jì)算：0.5F對(duì)流（高空）= F對(duì)流（海平面）/（ p高空/ p海平面）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(guò)增加相應(yīng)的對(duì)流換熱面積來(lái)彌補(bǔ)高空換熱能力的減弱，按下式計(jì)算：0.5F對(duì)流（高空）= F對(duì)流（海平面）/（ p高空/ p海平面）提高風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速RPM 2/RPM 1= p 海平面 /p 高空元器件工作結(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)

42、面溫度Ts ,則器件的工作結(jié)溫為：Tj=Ts+ PtX Rth（j-s）Rth（j-s） =Rje+Res+RbRth（j-s）器件結(jié)到散熱器的熱阻，C /W。Rje-器件結(jié)殼熱阻，c /W，從器件使用手冊(cè)中查得Res-殼到散熱器的熱阻，即接觸熱阻，C /W，可根據(jù)從器件使用手冊(cè)中查得的值乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)得到。Rb-絕緣墊片的熱阻，C /W，可絕緣墊片的數(shù)據(jù)資料中查得，無(wú)絕緣墊片時(shí)該 項(xiàng)熱阻為零。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 =T a+ PtX Rth（j-a）Rth（j-a） =Rsa+Rje+Res+RbRth（j-a）器件結(jié)到環(huán)境的熱阻，C/W。Rsa 散熱器熱

43、阻，C /W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130A模塊中，輸出二極管處散熱器的臺(tái)面溫度為94.6 C,二極管的最大結(jié)溫為 175 C,結(jié)殼熱阻為0.45 C /W，接觸熱阻為0.15 C /W，絕緣墊片的熱阻為 0.3 C /W，計(jì)算二極管的工作結(jié)溫。R js = Rjc + Res + R? =0.45+0.15+0.3=0.9 C /wTj= Ts+Pd X R=94.6+44.2 X 0.9= 134.4 C案例2如把案例1中的二極管在一散熱器中央，散熱器的熱阻為0.8 C/w，環(huán)境溫度為40 CoRjs= Rsa+Rje+ Res+Rb=0.8+0.45+0.15+0.3

44、=1.7 C /wTj=T a+ Pt x Rth（j-a） . = 40 + 44.2 X 1.7=115.2 C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。 更快地將產(chǎn)品投放市場(chǎng)。 降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和重復(fù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的費(fèi)用。 減少試驗(yàn)和測(cè)量的次數(shù)。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(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。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 、 I-deas

45、 、 Iee-paek 、 TasHarvard thermal 、 Cool it、Betasoft，及基于有限元的 An sys等，其中Flotherm、l-deas、Ice-pack占據(jù)大部分的市場(chǎng)份額。熱仿真技術(shù) 仿真分析技術(shù)軟件在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的作用對(duì)產(chǎn)品的溫度場(chǎng)作出預(yù)測(cè)，使我們?cè)谶M(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)關(guān)注熱點(diǎn)區(qū)域。 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(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。任何先進(jìn)的仿真軟件已永遠(yuǎn)無(wú)法代替人，軟件只是熱設(shè)計(jì)人員所利用的工具之一。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。熱仿真技術(shù)ANSYS軟件介紹Ansys軟件是由美國(guó)An

46、sys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)的線性和非線性計(jì)算及多種物理場(chǎng)相互影響的耦合分析。Structure是該軟件面向結(jié)構(gòu)分析研究的專用模塊。 Flortran 是該軟件面向流場(chǎng)分析研究的專用模塊。 Thermal 是 其中面向熱設(shè)計(jì)研究的專用模塊。熱仿真技術(shù)Flothermal 熱分析軟件介紹Flotherm 是英國(guó)的 FLOMERICS 公司開(kāi)發(fā)的電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)軟件，其最顯著的特點(diǎn)是針對(duì)電子設(shè)備的組 成結(jié)構(gòu)，提供的熱設(shè)計(jì)組件模型，根據(jù)這些組件模型可以快速的建立機(jī)柜、插框、單板、芯片、風(fēng)扇、 散熱器等電子設(shè)備的各組成部分

47、。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。前處理包括Project Manager、 DrawingBoard和Flogate 。 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；DrawingBoard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。通過(guò)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。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)。求解器是Flosolve模塊，它可

48、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。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(chǎng)的動(dòng)畫(huà)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(guò)Table模塊查詢。熱仿真技術(shù)傳統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)方法與仿真分析方法的比較 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(guò)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。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。如果 軟件使用者

49、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)。從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期的目的。 優(yōu)缺點(diǎn)比較熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 電源模塊的熱設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)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。 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(wú)法滿足模塊體積逐步減小的要求。分散式散熱成為解決這一難題的主要技術(shù)。 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。以 OPENFRAME 結(jié)構(gòu)為代表的新一 代模塊，如圖 17所示，通過(guò)電路技術(shù)上的改進(jìn)，提高了模塊的工作效率，降低了模塊的熱損耗，同時(shí)功 率器件及PCB耐溫

50、等級(jí)的提高，使得模塊可以省掉金屬或陶瓷底板，進(jìn)而省掉了笨重的散熱器，有效的 節(jié)省了系統(tǒng)的可見(jiàn)，同時(shí)提高了模塊抗震動(dòng)的能力。熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)分 散式散熱技術(shù) 基本理念 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)分 散式散熱技術(shù) 優(yōu)勢(shì)可以自由根據(jù)各部分的損耗大小來(lái)設(shè)計(jì)散熱器，從而保證散熱器的最佳化。 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。 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。 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。產(chǎn)品的功率密度可以達(dá)到很高。 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。熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 熱管技術(shù)什么叫熱管？ 熱管是一種具有高效導(dǎo)熱性能的傳熱器件。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。熱管的發(fā)展史？ 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。19601970年：發(fā)明熱管并成功應(yīng)用于航天事業(yè)19421944 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