SH-BA-05 DEA 2.5MW LCP
Prepared by -Ruby Sun
P d b R b S
Checked by -Sushil Khandelwal
Aavid (Shanghai) Systems Co. Ltd.
Aavid(Shanghai)Systems Co Ltd
Songjiang District, Shanghai, China
Date: 28January 2011
Date:28th January2011
AAVID THERMALLOY Confidential
Objective
?Design the liquid cold-plate with better thermal performance and minimum possible pressure drop.
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Design Constraints
Device Specifications:
IGBT:Infineon FZ2400R17HP4_B29, 2PCS
Infineon FZ2400R17HP4B292PCS
Power Dissipation: 2500Watt per IGBT
Total power dissipation: 5000Watt
Size: 190x140mm
Environmental Specifications:
Fluid Flow Type: 52% Glycol+48% water
Ambient Temperature: 45℃
Fluid Flow Rate:15Liters/minute
Fluid Flow Rate: 15Liters/minute
Design constraints:
Max Base Plate Temperature <85℃
LCP Specifications:
Width: 200mm (can be changed)
Length: 434mm (can be changed)
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LCP Modeled & Additional Info ? The customer overall LCP dimensions is as per the document “水冷板设计需求” provided by DEA.?CFD models for 2 LCP designs are evaluated:?Case1Aavid LCP design per customer’s given LCP size ?Case1-Aavid LCP design per customer s given LCP size ?Case2-Aavid LCP design with modified LCP length
?Water-Glycol solution has following properties:
Density =1069kg/m 3?Density, ρ= 1069kg/m 3
?Specific heat, C p = 3340 J/Kg K ?Viscosity, μ= 2.57E-003 Kg/m-s
Results/Comments
?The evaluated designs keeps the maximum temperature on the base plate within the allowable maximum temperature (<85 ℃).?By increasing LCP length, thermal performance is better by ~19% with small increase in pressure drop.
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Case1-Aavid LCP design per Customer’s given LCP size
Icepak Model
Icepak Model
48% water + 52%
Glycol at 45℃
Glycol at45
LCP Base
IGBT, 2500W
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Heat source detail ,2500W
2500W IGBT , 2500W IGBT , 2500W 434140
200
LCP Base
190
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Simulation Results Maximum Base Temperature, Tmax =80.8℃
Base Temperature Contour
AAVID THERMALLOY Confidential
Icepak Model
Icepak Model
48% water + 52%
Glycol at 45℃
LCP Base
IGBT, 2500W
IGBT, 2500W
AAVID THERMALLOY Confidential
Heat source detail
2500W
2500W IGBT , 2500W IGBT , 2500W 474200
140LCP Base
190
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Case2 -Aavid LCP design with modified LCP length
Simulation Results
p,
Maximum Base Temperature, Tmax = 65.5℃
Base Temperature Contour
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Summary
Pressure Drop [bar] Case No.Description Maximum Base Temperature
[C]
1Aavid LCP design per Customer’s given LCP size80.80.151 2Aavid LCP design with modified LCP length65.50.171
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汽车水散热器的概述 及理论设计计算 一、散热器概述 1汽车散热器的定义： 汽车散热器是水冷式发动机冷却系统的关键部件。通过强制水循环对发动机进行冷却，是保证发动机在正常的温度范围内连续工作的换热装置。 1、散热器在汽车中的重要地位 1汽车总成 产值比重按不同的车型能够占汽车总成的1~2.5% 2发动机总成 产值比重按不同的车型能够占发动机的15%左右 3、散热器结构的发展 1管片式开窗结构 2铜质管带式平片结构 3铜质管带式开窗结构 4铝质汽车散热器 5铜塑水箱或铝塑水箱 4、散热器的结构 1基本结构 2带补偿水壶结构 3带膨胀水箱结构 三、汽车的整体结构 温度过高及过低的坏处
温度过高 3温度过高时大多数零件都受热膨胀，温度越高，膨胀越大 4零件在高温下会降低强度，不能很好地工作 5温度过高时，其润滑油粘度降低，会加剧零件的磨损 6气缸内的温度过高时，进入气缸内的新鲜空气很快膨胀，就减少了进气量，降低功率。 7在汽油机中，气缸内温度过高时，容易产生爆炸现象 温度过低 2燃料不能完全燃烧,使燃料消耗增加 3使润滑油粘度增高,零件的摩擦阻力加大,消耗较多的功率,因而减少了输出功率 4废气中的水蒸气与硫化物生成一种叫亚硫酸的液滴腐蚀零件 5传走的热能增加,转变为机械功的热能减少,造成过多的散热损失. 汽车分类最新标准 以前的分类是我国1988年6月发布的有关标准GB/T3730.1-1988。 2目前新标准已将汽车的分类作了修改: 3一是废除了“轿车”的提法 4二是不再将”越野车”单独分类 5三是将汽车分为乘用车和商用车两大类 乘用车（不超过9座）： 1分为普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、仓背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。 商用车: 2分为客车、货车和半挂牵引车 3客车细分为小型客车、城市客车、长途客车、铰接客车、无轨客车、越野客车、专用客车。 4货车细分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、越野货车、专
散热的原理与技术解析-下(1) 在之前的文章中，我们介绍了热传递的原理与基本方式，并在散热的原理与技术解析-上中详细探讨如何快速将热量带离热源，其内容主要涉及热传递三种基本方式中的热传导方面；在散热的原理与技术解析-中里则以风冷散热器为例分析相应的技术原理与实现策略。在本文中，我们将重点探讨其他散热方式如水冷、热管等散热技术，介绍与外界环境的不同热交换方式的实现。至于某些只有高端使用者才采用的极端散热方式如液氮、干冰等，则不在讨论之列。 需要明确的是，在大多数情况下，无论水冷散热还是热管散热，都不会完全脱离风冷，它们都是通过有效的将热量转移至大面积散热片（热管和液体都只是热传递介质），使用大尺寸低转速风扇，达到静音散热效果。即便不使用风扇，也会尽量增大鳍片散热表面积，同时鳍片周围需要保持良好的通风。也即是说，最终与外界环境的热交换，还是要通过风冷的。 水冷散热系统的原理 首先让我们来看一下水冷散热。不过，在讨论之前，先来明确一下概念：虽然我们很多时候将水冷散热与液冷散热等同起来，但严格意义上说，二者还是有区别的，水冷散热只是液冷散热系统中散热介质使用水的一个子集，而除水之外，还有其他很多介质可用于液冷散热系统，只不过由于水价格便宜易于获得，水冷散热在中低端领域应用得较为广泛罢了。 从技术角度看，水冷(液冷)散热系统的工作原理很简单：就是利用水泵把水从储水器中抽出来，通过水管流进水箱，然后再在水箱的另外一个口出来，通过水管流回储水器，就这样不断循环，把热量从热源如CPU的表面带走。 水冷系统一般由以下几部分构成：热交换器、循环系统、水箱、水泵和水，根据需要还可以增加散热结构。其中，热交换器是整个水冷系统的核心，水冷系统的效率在很大程度上由它来决定，这也是整个系统构思最巧妙的部分。循环系统分别将水送进和排出热交换器，而进水管的另外一端与水泵连接。水泵放在储水的水桶或其它结构的水箱中，出水管将送出的热水重新排放到水箱中。如果需要，出水管里的热水先经过散热系统降为室温后再排放回水箱。 散热的原理与技术解析-下(2) 水冷散热的效果
水冷散热系统的设计 水冷又称为液冷。水冷散热的原理非常简单：在一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力，推动密闭系统中的液体循环，将热沉吸收的芯片产生的热量，通过液体的循环，带到面积更大的散热装置，进行散热。冷却后的液体在次回流到吸热设备，如此循环往复。 由于水冷散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，可以解决几百至数千瓦的散热问题，在激光、军工、医疗、电力电子、工业设备等行业有着广泛的应用。 水冷散热系统的分类： 根据二次换热器换热方式的不同，一般情况下可以将水冷散热系统分为以下三种类型：空气冷却系统、液体冷却系统、冷水机组冷却系统。 空气冷却系统一般主要由：水冷板、水泵、水箱、热交换器和风机组成。该系统结构简单，是最经济的水冷系统。 冷水机组冷却系统：由压缩机、水冷板、冷却塔等部分组成。这种方式水温可以精确的控制在环境温度以下，制冷量大。 水冷式冷水机组工作原理图: 液体冷却系统：它不含压缩机，主要由液体交换器、水泵、水箱等组成。低噪音、体积比冷水机组小一半以上。 水冷板的选择和计算 冷板作为水冷系统的重要组成部分，主要是将发热元器件产生的热量与冷却液充分交换。为了确保器件的发热表面在被液体冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，器件与冷板的接触和冷板的热阻就显得尤为重要！
设计适当的冷板，需要确定如下参数：冷却液体流速，冷却液体进口温度，安装在冷板上发热器件的热耗散功率，冷板表面允许的最高温度Tmax。已知这些参数，您就可以确定冷板的最大的允许热阻并且通过热仿真分析验证。
Tout：冷却液体出口温度 Tin：冷却液体进口温度 Q：冷板上发热器件的总热耗散功率 ρ：液体的密度 V：冷却液体流速 CP：冷却液体的比热容 计算冷却液体出口最高温度Tout。这个是非常重要的，如果Tout大于Tmax，那么，冷板将不能解决发热问题。 假设Tout小于Tmax，下一步需要确定冷板的标准化热阻，使用如下方程： ：热阻 Tmax：冷板表面允许的最高温度 Tout：冷却液体出口温度 A：被冷却区域的面积 Q：冷板上发热器件的总热耗散功率 系统其他部分设计： 管道系统和阀门是水冷系统硬件重要组成部分，主要包括快速接头、管道、各种功能阀门（流量控制阀）、过滤器、其它管接头及密封件等。 管道的尺寸（如直径、长度等），应根据冷却液的流速来确定： 其中，Qv为水流量（m3/h）；U为水流速（m/s）。可计算管道的直径。系统的管道材料，考虑到冷却介质特殊要求，全部采用无缝不锈钢管，局部用聚胺脂管。 冷却液：必须对冷却液的热传递能力、冰点和黏度、沸点和分解温度、绝缘性能、腐蚀性、可燃性、毒性、费用等加以考虑。常用冷却液有水、乙二醇溶液、硅油等。
征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:
T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载
一、标准散热量 标准散热量是指供暖散热器按我国国家标准（GB/T13754-1992），在闭室小室内按规定条件所测得的散热量，单位是瓦（W）。而它所规定条件是热媒为热水，进水温度95摄氏度，出水温度是70摄氏度，平均温度为（95+70）/2=82.5摄氏度,室温18摄氏度,计算温差△T=82.5摄氏度－18摄氏度＝64.5摄氏度，这是散热器的主要技术参数。散热器厂家在出厂或售货时所标的散热量一般都是指标准散热量。 那么现在我就要给大家讲解第二个问题，我想也是很多厂商和经销商存在疑问的地方。 二、工程上采用的散热量与标准散热量的区别 标准散热量是指进水温度95摄氏度，出水温度是70摄氏度，室内温度是18摄氏度，即温差△T=64.5摄氏度时的散热量。而工程选用时的散热量是按工程提供的热媒条件来计算的散热量，现在一般工程条件为供水80摄氏度，回水60摄氏度，室内温度为20摄氏度，因此散热器△T=（80摄氏度＋60摄氏度）÷2－20摄氏度＝50摄氏度的散热量为工程上实际散热量。因此，在对工程热工计算中必须按照工程上的散热量来进行计算。 在解释完上面的术语以后，下面我介绍一下采暖散热器的欧洲标准（ＥＮ442）。欧洲标准（ＥＮ442）是由欧洲标准化委员会／技术委员会ＣＥＮ所编制．按照ＣＥＮ内部条例，以下国家必须执行此标准，这些国家是：澳大利亚、比利时、丹麦、芬兰、法国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、英国等18个国家。而欧洲标准（ＥＮ442）的标准散热量与我国标准散热量是不同的，欧洲标准所确定的标准工况为：进水温度80摄氏度，出水温度65摄氏度，室内温度20摄氏度，
所对应的计算温差△Ｔ＝50摄氏度。欧洲标准散热量是在温差△Ｔ＝50摄氏度的散热量。 那么怎么计算散热器在不同温差下的散热量呢？ 散热量是散热器的一项重要技术参数，每一个散热器出厂时都标有标准散热量（即△Ｔ＝64.5摄氏度时的散热量）。但是工程所提供的热媒条件不同，因此我们必须根据工程所提供的热媒条件，如进水温度，出水温度和室内温度，来计算出温差△Ｔ，然后计算各种温差下的散热量。△Ｔ＝（进水温度＋出水温度）／2－室内温度。 现在我就介绍几种简单的计算方法 （一）根据散热器热工检测报告中，散热器与计算温差的关系式来计算。 Ｑ＝ｍ×△Ｔ的Ｎ次方 例如74×60检测报告中的热工计算公式（10柱）： Ｑ＝5.8259×△Ｔ１．２８２９ (1)当进水温度95摄氏度，出口温度70摄氏度，室内温度18摄氏度时： △Ｔ＝（95摄氏度＋70摄氏度）／2－18摄氏度＝64.5摄氏度 Q=5.8259×64.51.2829=1221.4W(10柱) 每柱的散热量为122.1W/柱 (2)当进水温度为80摄氏度,出口温度60摄氏度,室内温度20摄氏度时: △T=(80摄氏度+60摄氏度)/2-20摄氏度=50摄氏度 Q=5.8259×501.2829=814.6W(10柱) 每柱的散热量为81.5W/柱 (3)当进水温度为70摄氏度,出口温度50摄氏度,室内温度18摄氏度时:
螺旋形电机水冷系统设计与散热计算 孙利云 四川建筑职业技术学院四川德阳 618000 摘要：本文从传热基本理论出发，针对表面冷却中小型电机体积小，功率大，能量密度高的特点，给出了电机水冷螺旋型结构的详细计算过程，为电机冷却设计提供参考方案。 关键词：水冷，散热，螺旋型 1.引言 现代工业的发展对电机性能要求越来越高。电机热损耗问题制约着大容量电机设计发展。 根据冷却介质是否通过电机内部，电机冷却方式分为内部冷却和表面冷却[1]。中小型电机由于体积的限制，常采用表面冷却的方式。按冷却介质的不同，可以把电机分为分为空气冷却和液体（水或油）冷却。空气冷却，运行成本低，摩擦损耗大，散热效率低，常用在能量密度低，发热较低的电机结构中。水冷电机，运行成本高，摩擦损耗小，散热效率高，常用在能量密度高，发热量大的电机结构中。 水冷技术应用于电机散热具有很好的冷却效果。电机水冷结构设计的核心任务是电机散热计算，使得电机损耗生热与冷却介质带走的热量达到平衡，从而控制电机温升再允许范围内。此外，冷却介质流速是散热能力重要影响因素之一。冷却介质的流速与压头及流经管道阻力有关。压头由水循环系统的泵产生。流经管道阻力取决于冷却结构的具体形式。螺旋型结构是指水槽在壳体中成螺旋型分布以往的设计过程[2]是首先设计好水槽的机构尺寸，设定入水口温度、水槽温度、水流速度等参数，计算出水口温度，进而校核冷却系统的散热情况。这种方法，把设计的散热方案的散热功率作为计算结果，与实际需求的散热功率对比。设计方案的散热能力高于实际需要的散热能力，则视为方案可行；反之，方案失败。修改预先设计的水槽尺寸并重新计算直到满足散热条件。散热能力在设计之初是未知的，计算之后才能知道其散热能力。本文采用另一种方法，对散热结构进行设计。 2.水冷计算 2.1结构设计 电机的基本结构尺寸如图1所示，水套外径200mm，水套截面尺寸为宽24mm，高4mm ， 图1 1.转子 2.定子 3.外壳 4.水套 电机的功率为7.5KW。经过电磁计算，电机总的损耗为 KW P137 .1 = 损 （1）设所有损耗都转化为热能，在电机稳定运行过程中，热能被水带走。因此实际需要的散热功率为 KW P P137 .1 = = 损 散 （2）冷却水相关参数见表1， 表1 水的相关物理参数 名称单位符号数值 流量 min L Q10
各种材料散热原理+制作工艺 作者: liushunqi 来源: 玩家堂发布时间: 2009-4-12 10:23 散热的原理与技术解析散热的原理与技术解析 随着PC计算能力的增强，功耗与散热问题日益成为不容回避的问题。一般说来，PC内的热源大户包括CPU、主板(南桥、北桥及VRM部分)、显卡以及其他部件如硬件、光驱等，它们工作时消耗的电能会有相当一部分转化为热量。 我们都知道，电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性。要让PC 各部件的工作温度保持在合理的范围内，除了保证PC工作环境的温度在合理范围内之外，还必须要对其进行散热处理。尤其对CPU而言，如果用户进行了超频，要保证其稳定地工作更必须有效地散热。 热传递的原理与基本方式 虽然我们常将热称为热能，但热从严格意义上来说并不能算是一种能量，而只是一种传递能量的方式。从微观来看，区域内分子受到外界能量冲击后，由能量高的区域分子传递至能量低的区域分子，因此在物理界普遍认为能量的传递就是热。当然热最重要的过程或者形式就是热的传递了。 学过中学物理的朋友都知道，热传递主要有三种方式： 传导: 物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。 热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量，也就是热传导所产生或传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是又与比热有一些差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数值也就越低。举例说明，纯铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39；公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL 则是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。 对流: 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对流。自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质量轻，相对就会向上运动。相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这种热传递是因为流体受热之后，或者说存在温度差之后，产生了热传递的动力；强制对流则是流体受外在的强制驱动（如风扇带动的空气流动）,驱动力向什么
毕业设计(论文) 题目： 院（系）： 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2013年 6月
摘要 最初拖拉机是手动的，从发明到2013年已经有一百三十多年了，期间经历了由蒸汽驱动斗回转拖拉机到电力驱动和内燃机驱动回转拖拉机、应用机电液一体化技术的全自动液压拖拉机的逐步发展过程。第一台液压拖拉机由法国波克兰工厂发明成功。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲地悬挂式拖拉机。1951 年，第一台全液压反铲拖拉机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在拖拉机的技术发展领域开创了全新空间，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压拖拉机和履带式全液压拖拉机。初期试制的液压拖拉机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于拖拉机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压拖拉机进入推广和蓬勃发展阶段，各国拖拉机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压拖拉机产量已占拖拉机总产量的83%，已接近100%。 第一代拖拉机：电动机、内燃机的出现，使拖拉机有了先进而合适的电动装置，于是各种拖拉机产品相继诞生。1899年，第一台电动拖拉机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在拖拉机上，这种柴油发动机(或电动机)驱动的机械式拖拉机是第一代拖拉机。第二代拖拉机：随着液压技术的广泛使用，使拖拉机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是拖拉机技术上的一次大飞跃。1950年德国的第一台液压拖拉机诞生了。机械传动液压化是第二代拖拉机。 第三代拖拉机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使拖拉机有了自动化的控制系统，也使拖拉机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在1965年前后，而在批量生产的液压拖拉机上采用机电一体化技术则在1985年左右，当时主要目的是为了节能。拖拉机电子化是第三代拖拉机的标志。 关键词：拖拉机液压支架有限元分析
客厅用散热器价格散热量计算 关于金旗舰散热器的价格 散热器的最后成交价格与所选散热器的规格型号、数量、交货方式、付款方式有关，有一点需要用户 特别注意铝散热器通常采用纯铝或6063合金来制造，这两种材质都有很好的导热性与之相比杂铝的导热性 则差数倍；（其导热系数请见【相关数据】）由于散热器成本一半以上是材料费，杂铝的价格是低廉的； 因此对特别便宜的散热器，购买时要考虑因材质造成的散热性能的损失。 关于散热器的订购 选择好散热器的型号后，根据散热计算结果确定截断长度，及表面处理方式；需要订购请提供如下内 容： （1）散热器型号及长度例如：50DQ140-200（型号50DQ140；长度200mm) （2）表面处理方式（银白色黑色其他颜色） （3）散热器上需要机加工的部位、加工数量及技术要求 关于散热器分类 为了方便用户查找选购，按照散热器的制造工艺分为型材散热器、插片散热器、组合散热器及热管散热器；其中对用量极大的型材
散热器按其形状分为单肋、双肋、异型并在网页左侧列出；以便用户快速查找。 关于散热器的选择 首先确定要散热的电子元器件，明确其工作参数，工作条件，尺寸大小，安装方式，选择散热器的底板大小比元器件安装面略大一些即可，因为安装空间的限制，散热器主要依靠与空气对流来散热，超出与元器件接触面的散热器，其散热效果随与元器件距离的增加而递减。对于单肋散热器，如果所需散热器的宽度在表中空缺，可选择两倍或三倍宽度的散热器截断即可。 关于散热器选择的计算方法 参数定义： Rt─── 总内阻，℃/W； Rtj─── 半导体器件内热阻，℃/W； Rtc─── 半导体器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W； Rtf─── 散热器热阻，℃/W； Tj─── 半导体器件结温，℃； Tc─── 半导体器件壳温，℃； Tf─── 散热器温度，℃； Ta─── 环境温度，℃； Pc─── 半导体器件使用功率，W； ΔTfa ─── 散热器温升，℃； 散热计算公式：
52现代制造技术与装备2017第1期总第242期 水冷散热的设计方法 张瑜 (中国空空导弹研究院，洛阳471009) 摘要：为了满足大发热量电子设备的测试需求，水冷散热系统应运而生。本文详细介绍通过计算水在循环 系统中所需的流量以及流动产生的压力损失，以选择满足使用要求的水泵；讨论计算散热器的对数平均温差、散热面积将水吸收到的热量通过散热器散出去的水冷散热方法。 关键词：水泵流量压力散热器对数平均温差散热面积 引言 现代电子设备所选用的元器件发热量越来越大，且在 研制阶段的测试时间较长。为了保障电子设备测试过程中 的安全并提高测试效率，急需一种产品能让其产生的热量 迅速冷却。水冷散热以其散热效率高、成本低廉、使用方便、经久耐用的特点，成为此类产品的首选。 1水泵的选型计算 通过计算流量和扬程来选择合适的水泵。具体的，流 量的计算为： H(1) 这里，qv为液体流量，单位m3/s;H为发热功率；C为水的比热容，即4186J/kg*K;P为水的密度，即l X103kg/m3;A t为流过散热器后水的温升，机械设计手 册推荐5?10°C，计算时可取中间值。为了留出足够的余量，A t也可以取5°C进行计算。根据工程经验，实际流量应比 计算值约大15%?20%。 2压力损失的计算 水在水冷装置中循环流动会产生压力损失，其中包括 沿程压力损失、局部压力损失、电子设备水道中的压力损失、散热器中的压力损失。 沿程压力损失的计算： a p=a-L^⑵ e d2 式中：1为管路总长度，单位m;d为管路直径，单 位m;v为管路中液体流速，单位m/s;P为水的密度，即l X103kg/m3;X为管路沿程阻力系数，其值与雷诺数Re 有关。对于光滑的管道，沿程阻力系数X只是R e的函数，可用下式进行计算。 层流时：Re 彡 2320, X=64/Re 紊流时且 3000 彡 Re 彡 105时：A =〇.3164Re^°_25 紊流且:105矣f e43_X108时* 局部压力损失的计算： A P=^⑶ r 2 式中：为局部阻力损失系数之和，包括管道入口处 的局部压力损失系数、管道出口处的局部压力损失系数、管道扩大处的局部压力损失系数、管道缩小处的局部压力 损失系数以及弯管的局部压力损失系数。实际中，可以查 找机械设计手册得到。 3电子设备中水道的压力损失 对于水冷散热系统的设计者来说，大多数情况下水道是 既定的，不需自己设计水道，只需对已有的水道模型进行计算。4散热器中的压力损失 机械设计手册会根据散热器的型式给出一个经验值，工作中可以采用将水泵、压力表与散热器相连成循环系统 测出散热器的压力损失。 5扬程的计算 将以上各压力损失相加，即可得到整个水冷系统中总的压力损失。通过计算，将压力损失转化成水泵的 Pg 扬程。根据工程经验，计算值的基础上给出1.2的安全系数. 水泵的类型很多，如微型隔膜泵能量很大、体积很小、重量很轻、价格经济实惠，但使用过程中，由于隔膜泵本 身所使用电机的技术原因，使用时间都不长，要经常更换；齿轮泵体积大、重量大、价格较贵、对过滤的要求高，但 使用寿命长，减少了维护成本。因此，需根据具体的使用 情况，选择核实的水荥。 6散热器的选型计算 散热器主要参数有两个：传热参数K和散热面积A。 传热参数K:一般情况下选定一种散热器，厂家往往能 给出散热系数，但不排除有的厂家不知道。此时，需要查 找机械设计手册得到一个范围值。 散热面积A：可以通过A=H/K*AtB进行计算得到。式中：H为散热器的吸收热量，单位W; A t>为对数平均温差，单 位°C。如果只是水冷散热，A 不需修正；如果散热器上 加风扇，属于水和空气两种不混合的交叉散热形式，与热力 学简单的顺流和逆流的换热形式不同，因此需要修正系数对平均温差进行修正。与两个无量纲的值P、R有关，有：p—Atk(4) tSK~tk 这里，Al_s为水的温升；A t k S 空气的温升；tsA为水
散热器的表面积计算: S = 0.86W/(△T*a)) (平方米) 式中 △T——散热器温度与周围环境温度（T a）之差（℃）； a——传导系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。 a的值可以表示为: A = Nu*λ/L 式中λ——热电导率由空气的物理性质决定； L——散热器海拔高度()； Nu——空气流速系数。 Nu值由下式决定 Nu = 0.664* [(V/V1)^(1/2)]*[Pr^(1/3)] 式中V——动黏性系数，是空气的物理性质； V1——散热器表面的空气流速； Pr——参数（见表1）。
散热器选择的计算方法 一，各热参数定义： Rja———总热阻，℃/W； Rjc———器件的内热阻，℃/W； Rcs———器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W； Rsa———散热器热阻，℃/W； Tj———发热源器件内结温度，℃； Tc———发热源器件表面壳温度，℃； Ts———散热器温度，℃； Ta———环境温度，℃； Pc———器件使用功率，W； ΔTsa ———散热器温升，℃； 二，散热器选择： Rsa =(Tj-Ta)／Pc - Rjc -Rcs 式中：Rsa（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。 Tj 和Rjc 是发热源器件提供的参数， Pc 是设计要求的参数， Rcs 可从热设计专业书籍中查表,或采用Rcs=截面接触材料厚度/（接触面积X 接触材料导热系数）。 （1）计算总热阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)／Pc （2）计算散热器热阻Rsa 或温升ΔTsa：Rsa = Rja－Rtj－Rtc ΔTsa＝Rsa×Pc （3）确定散热器 按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rsa 或ΔTsa 和Pc 选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或ΔTsa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的热阻散热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热器流阻曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风扇。
电气设备发热量的估算 及计算方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
高压柜、低压柜、变压器的发热量计算方法 变压器损耗可以在生产厂家技术资料上查到（铜耗加铁耗）；高压开关柜损耗按每台200W估算；高压电容器柜损耗按3W/kvar估算；低压开关柜损耗按每台300W估算；低压电容器柜损耗按4W/kvar估算。一条n芯电缆损耗功率为：Pr=(nI2r)/s，其中I为一条电缆的计算负荷电流（A），r为电缆运行时平均温度为摄氏50度时电缆芯电阻率（Ωmm2/m，铜芯为，铝芯为），S为电缆芯截面（mm2）；计算多根电缆损耗功率和时，电流I要考虑同期系数。 上面公式中的"2"均为上标，平方。 一、如果变压器无资料可查，可按变压器容量的1~%左右估算； 二、高、低压屏的单台损耗取值200~300W，指标稍高（尤其是高压柜）； 三、除设备散热外，还应考虑通过围护结构传入的太阳辐射热。 主要电气设备发热量 电气设备发热量 继电器小型继电器 ~1W 中型继电器 1~3W励磁线圈工作时8~16W 功率继电器 8~16W 灯全电压式带变压器灯的W数 带电阻器灯的W数+约10W 控制盘电磁控制盘依据继电器的台数,约300W 程序盘 主回路盘低压控制中心 100~500W 高压控制中心 100~500W 高压配电盘 100~500W 变压器变压器输出kW(1／效率-1) (KW) 电力变换装置半导体盘输出kW(1／效率-1) (KW) 照明灯白炽灯灯W数 放电灯灯W数 假设变压器为1000KVA，其有功输出为680KW，则其效率大致为680/850=，根据上述计算损耗的公式，该变压器的损耗为680*（1/=170KW!!! 变压器的热损失计算公式: △Pb=Pbk+
目录 1、前言··1 2、总体方案设计·2 2.1设计内容·2 2.2方案比较·2 2.3方案论证·3 2.4方案选择·3 3、单元模块电路简介与设计··4 3.1本系统部分器件介绍·4 3.1.1 DS18B20 温度传感器简介·4 3.1.2 STC89C52RC 单片机简介·4 3.1.3 ULN2003 芯片简介·5 3.2单元模块电路设计·6 3.2.1 电源电路·6 3.2.2 单片机主芯片电路·7 3.2.3 时钟电路·7 3.2.4 复位电路·8 3.2.5显示电路·8 3.2.6温度检测电路·9 3.2.7 按键控制电路·9 3.2.8 报警及电机电路·9
3.3模块连接总电路·10 4、软件设计··11 4.1程序设计原理及所用工具·11 4.2主程序设计·11 4.3主要模块主程序设计·12 5、系统调试··15 6、系统功能、指标参数··18 7、结论··19 8、总结与体会··20 9、参考文献··21 附录1：ISIS仿真图、PCB板图、实物图附录2：程序源代码
1 前言 现代生活，电脑已经成为人们生活中不可缺少的一部分。无论笔记本电脑还是台式电脑，人们在选择的时候都会考虑到它的散热性能，一个好的散热系统能够保证电脑的高速正常运行，给CPU足够的空间进行高负载的活动，才能享受计算机技术给我们生活带来的无穷魅力，可见一个好的散热系统，对电脑而言是多么的重要。但是，计算机部件中大量使用的是集成电路，而众所周知，高温是集成电路的大敌。高温不但会导致系统运行不稳，使用寿命缩短，甚至有可能使某些部件烧毁。导致高温的热量不是来自计算机外，而是计算机内部，或者说是集成电路内部。散热器的作用就是将这些热量吸收，然后发散到机箱内或者机箱外，保证计算机部件的温度正常。多数散热器通过和发热部件表面接触，吸收热量，再通过各种方法将热量传递到远处，比如机箱内的空气中，然后机箱将这些热空气传到机箱外，完成计算机的散热。 说到计算机的散热器，我们最常接触的就是CPU的散热器。散热器通常分为主动散热和被动散热两种；前者以风冷散热器较为常见，而后者多为散热片。细分散热方式，又可分为风冷，液冷，半导体制冷，压缩机制冷等等。其中，液冷·半导体制冷及压缩机制冷要么技术不成熟，要求高，能耗大；要么体积受限，价格昂贵。 风冷散热器作为区别于水冷散热器的一个主流产品类别，不断的引领着整个IT散热市场的前进和创新因此，风冷是最常见，性价比最高的散热方式，我们设计的“智能电脑散热系统”就是利用温度传感器实现对外界温度的感知，再利用单片机编程控制风扇的转速，从而实现温度的自动调节，以达到散热目的。正是因为融合了温度传感器技术和单片机技术，使得本作品兼智能化和自动化于一体。而温控调速技术的优点在于其能有效地提高散热器的的工作效率，节约能源，性价比高，适用范围广泛。且本设计比
热负荷及散热量计算 所谓热负荷是指维持室内一定热湿环境所需要的在单位时间向室内补充的热量。所谓得热量是指进入建筑物的总量，它们以导热、对流、辐射、空气间热交换等方式进入建筑。 系统热负荷应根据房间得、失热量的平衡进行计算，即 房间热负荷=房间失热量总和-房间得热量总和 房间的失热量包括： 1）围护结构传热量Q1； 2）加热油门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量Q2； 3）加热油门、孔洞和其他相邻房间侵入的冷空气的耗热量Q3； 4）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q4； 5）水分蒸发的耗热量Q5； 6）加热由于通风进入室内冷空气的耗热量Q6； 7）通过其他途径散失的热量Q7； 房间的得热量包括： 1）太阳辐射进入房间的热量Q8； 2）非供暖系统的管道和其他热表面的散热量Q9； 3）热物料的散热量Q10； 4）生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q11； 5）通过其他途径获得的散热量Q12； 1.1围护结构的基本耗热量 a t t KF q w n )(''-= 式中 ' q —围护结构的基本耗热量，W ； K —围护结构的传热系数，w/(㎡.℃); F —围护结构的面积，㎡； w t ' —供暖室外计算温度，℃； n t —冬季室内计算温度，℃； a —围护结构的温差修正系数。 整个建筑物的基本耗热量等于各个部分围护结构的基本耗热量的总和： ) (Q ' '' 1w n t t KF q -==∑∑ 1.2围护结构的附加耗热量 在实际中，气象条件和建筑物的结构特点都会影响基本耗热量使其发生变化，此时需要对基本耗热量加以修正，这些修正耗热量称为围护结构附加耗热量。附加耗热量主要有朝向修正，风力附加和高度附加耗热量。 1.2.1朝向修正耗热量 朝向修正耗热量是太阳辐射对建筑围护耗热量的修正。
. 暖气片散热、产热效率计算公式如何正确测算，暖气片产生热量，可采用如下正确而科学的计算 散热可以使用如下是我们选择金旗舰暖气片产品的科学依据。方法，散热板将热量辐射到周围的的最一般方法是把器件安装在暖气片上，空气中去，以及通过自然对流来散发热量。一般地说，从暖气片到周围的空气的热流量（P）可由下例表示。为暖 ,AW/cm2℃）TP=hA η△式中h为暖气片总的传热导率（为暖气片的最高温度Tcm2），η为暖气片效率，△气片的表面积（是由辐射及对流来决定，η是由暖与环境温度之差（℃）。上式中h暖气片的表面积越大，与环境温度之差越气片的形成来决定。总之，大，散热板的热量辐射越有效。）暖气的辐射散热（1）T/2+237×10-11×ε（△下述近似式表示辐射散热：hr=2.3℃）式中ε是表面辐射率，随灰铸铁椭三柱暖气片的表面状W/cm23（也就是说辐射率极差。况而变化。表面研磨光洁的产品ε=0.05~0.1）对流散热：功率器件安装在装置的框架上时，采用对然而，暖（2采用对流暖气片流散热比辐射散热更有效。在一个大气压的空气中，℃）（W/cm2 ）10-4××（△T/H1/4hc=4.3的传导率近似地由下式表示。是暖气片垂直方向长于水平方向更为有效，大家可以参考；H式中， . 国产各种暖气片产品的性能对比？）关于暖气片产生热量的效率η（2 . .
国内暖气片的行业标准规定，若用薄材料制成暖气片，则离 散热效果也越差。上述公式是假定温度都热源越远，表面温度越低，这种由是均在分布的，而实际上在散热板的边缘部位表面温度越低。它表示散热板实际传递暖气片本身温度确定的系数就是暖气片效率，的热量与器材安装部位最高温度视为均匀分布时的热量之比。η主要是由所用暖气片的材料大小与厚度来决定的。一般地 ℃）℃）及铜（2.12W/cm2 3.85W/cm2 说，热传导率高的材料如铝（暖气片的厚度以厚些为好，另外，0.46W/cm2 ℃）就相当差了。（而钢并以跟暖气片的长度平方成比例为最佳。 .
维护结构的耗热量 包括基本耗热量和附加耗热量。 1、基本耗热量计算公式 Q=a*F*K(tn-tw) 其中： Ｑ=维护结构的基本耗热量，W； F——维护结构的面积，m2； K——维护结构的传热系数，W/(m2.℃) tn——室内计算温度，℃ tw——采暖室外计算温度，℃ a——维护结构的温差修正系数。 定义 比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。 物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有Cp（这个表示在气压不变的条件下，如气压。但开水壶烧开水压力就会变，一般在地面都认为是不变的大气压）、（烧水的体积是不改变的）Cv和饱和状态比热容三种，定压比热容Cp是单位质量的物质在比压不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量；定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的
条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能，饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。 在中学范围内，简单（不严格）的定义为： 单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量（或降低1℃释放的热量）叫做这种物质的比热容。 单位 比热的单位是复合。 在中，、、的主单位统一为，的主单位是，因此比热容的主单位为J/(kg·K)，读作“焦[耳]每千克开”。（[]内的字可以省略。） 常用单位：kJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。注意和开尔文仅在温标表示上有所区别，在表示温差的量值意义上等价，因此这些单位中的℃和K可以任意互相替换。例如“”和“焦每千克开”是等价的。 相关计算 设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量ΔQ时，温度升高（或降低）ΔT，则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量（简称热容），用C表示，即C=ΔQ/ΔT。用热容除以质量，即得比热容c=C/m=ΔQ/mΔT。对于微小过程的热容和比热容，分别有C=dQ/dT，c=1/m*dQ/dT。因此，在物体温度由T1
三、散热器的使用与安装 ①为保证功率元件与散热器有良好的接触，应尽量避免使用绝缘垫，且应保证功率元件与散热器接触面的平整与光滑。由于功率元件的外壳与散热器很难做到紧密结合，总会留有看不见的空气隙，所以在接触面之间应涂硅脂，以改善接触效果，有利于散热。 ②当功率元件的外壳与散热器之间需要绝缘时，应加装绝缘垫，但绝缘垫的厚度必须在0．08～0．12mm之间。 ③功率元件应用弹簧垫圈及螺钉紧固于散热器的中央。 ④为了增加散热器的热辐射能力，一般都进行着色处理，安装中不可将这种高辐射的涂层损坏。 ⑤散热器最好垂直安装，不要过于贴近其他部件以利空气对流，尤其不要接近发热及怕热的元器件。 ⑥散热器应尽量装在机壳外。当散热器装在机内时，要在散热器附近的机壳上开足够的通风孔，必要时应加风机强制对流冷却。 ⑦选用板材散热时，不宜选用过薄的板材，其厚度应在2～5mm之间。 ⑧若功率元件的耗散功率大于50W，应选用微型风扇进行强制对流冷却，此时可视情况适当缩小散热器面积2～4倍。 三、散热器的使用与安装
①为保证功率元件与散热器有良好的接触，应尽量避免使用绝缘垫，且应保证功率元件与散 热器接触面的平整与光滑。由于功率元件的外壳与散热器很难做到紧密结合，总会留有看不见的 空气隙，所以在接触面之间应涂硅脂，以改善接触效果，有利于散热。 ②当功率元件的外壳与散热器之间需要绝缘时，应加装绝缘垫，但绝缘垫的厚度必须在 0．08～0．12mm之间。 ③功率元件应用弹簧垫圈及螺钉紧固于散热器的中央。 ④为了增加散热器的热辐射能力，一般都进行着色处理，安装中不可将这种高辐射的涂层 损坏。 ⑤散热器最好垂直安装，不要过于贴近其他部件以利空气对流，尤其不要接近发热及怕热 的元器件。 ⑥散热器应尽量装在机壳外。当散热器装在机内时，要在散热器附近的机壳上开足够的通 风孔，必要时应加风机强制对流冷却。 ⑦选用板材散热时，不宜选用过薄的板材，其厚度应在2～5mm之间。 ⑧若功率元件的耗散功率大于50W，应选用微型风扇进行强制对流冷却，此时可视情况适当 缩小散热器面积2～4倍。 水冷又称为液冷。水冷散热的原理非常简单：在一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力，推动密闭系统中的液体循环，将热沉吸收的芯片产生的热量，通过液体的循环，带到面积更大的散热装置，进行散热。冷却后的液体在次回流到吸热设备，如此循环往复。
螺旋形电机水冷系统设计与散热计算 庞瑞 上海联孚新能源科技集团有限公司 摘要：本文从传热基本理论出发，针对表面冷却中小型电机体积小，功率大，能量密度高的特点，给出了电机水冷螺旋型结构的详细计算过程，为电机冷却设计提供参考方案。 关键词：水冷，散热，螺旋型 1.引言 现代工业的发展对电机性能要求越来越高。电机热损耗问题制约着大容量电机设计发展。 根据冷却介质是否通过电机内部，电机冷却方式分为内部冷却和表面冷却[1]。中小型电机由于体积的限制，常采用表面冷却的方式。按冷却介质的不同，可以把电机分为分为空气冷却和液体（水或油）冷却。空气冷却，运行成本低，摩擦损耗大，散热效率低，常用在能量密度低，发热较低的电机结构中。水冷电机，运行成本高，摩擦损耗小，散热效率高，常用在能量密度高，发热量大的电机结构中。 水冷技术应用于电机散热具有很好的冷却效果。电机水冷结构设计的核心任务是电机散热计算，使得电机损耗生热与冷却介质带走的热量达到平衡，从而控制电机温升再允许范围内。此外，冷却介质流速是散热能力重要影响因素之一。冷却介质的流速与压头及流经管道阻力有关。压头由水循环系统的泵产生。流经管道阻力取决于冷却结构的具体形式。螺旋型结构是指水槽在壳体中成螺旋型分布以往的设计过程[2]是首先设计好水槽的机构尺寸，设定入水口温度、水槽温度、水流速度等参数，计算出水口温度，进而校核冷却系统的散热情况。这种方法，把设计的散热方案的散热功率作为计算结果，与实际需求的散热功率对比。设计方案的散热能力高于实际需要的散热能力，则视为方案可行；反之，方案失败。修改预先设计的水槽尺寸并重新计算直到满足散热条件。散热能力在设计之初是未知的，计算之后才能知道其散热能力。本文采用另一种方法，对散热结构进行设计。 2.水冷计算 2.1结构设计 电机的基本结构尺寸如图1所示，水套外径200mm，水套截面尺寸为宽24mm，高4mm， 图1 1.转子 2.定子 3.外壳 4.水套 电机的功率为7.5KW。经过电磁计算，电机总的损耗为 KW P137 .1 = 损 （1）设所有损耗都转化为热能，在电机稳定运行过程中，热能被水带走。因此实际需要的散热功率为 KW P P137 .1 = = 损 散 （2）冷却水相关参数见表1， 表1 水的相关物理参数 名称单位符号数值 流量 min L Q10 进口温℃ in t30