直肋片散热器的理论计算及优化
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散热器的参数定义及计算公式
在电子电路设计当中,散热是始终需要面对的一个问题。
成品的效率再高,散热不好,也算不上一件合格的产品。
想要设计出良好的散热性,就要进行一系列的参数计算,并且熟悉工作条件、尺寸大小、安装方式等因素。
本篇文章就将介绍一种散热器的参数计算方法,并给出较为详细的过程。
首先是硬件方面,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:。
中国石油大学(华东)储建学院热能与动力工程系《计算传热学程序设计》设计报告学生姓名:龚波学号:08123217专业班级:热能与动力工程08-2班指导教师:黄善波2011年 7 月 5 日1 设计题目在工程实际中,往往需要增加(对流)传热量,应用比较广泛的较为有效的一种方法就是增加换热面积,即采用肋片—在材料消耗量增加较少的条件下能较多地增大换热面积。
在一些换热设备中,肋片得到了广泛地应用,如制冷装置的冷凝器、散热器、空气加热器等等。
1.1 设计题目某等截面圆柱形直肋,设肋端是绝热的。
试分析在一定的金属消耗量下,为使肋片的散热量达到最大时所需要的肋片尺寸,并分析肋片的材料、表面传热系数对该尺寸的影响。
1.2 已知参数为了求得数值结果和利用结果进行分析,现给定题目相关已知量,包括肋片材料导热系数λ=λοk(T)=400(1+0.0035T),肋基温度T w=95℃,肋表度黑度ε=0.80,周围空气温度T f=20℃,环境辐射温度T s=15℃,肋表面空气的表面换热系数h c=8W/(m2•℃)。
2 物理与数学模型2.1 物理模型发生在肋片的导热过程严格地说是多维的。
如图1所示,暴露于恒温流体的圆柱肋片(肋高为L,直径为D)。
由于圆柱直肋各处受热均匀,再加上肋片通常是由金属材料制成的,导热系数比较大,可以想象肋片内温度将仅沿肋高方向发生明显变化,再直径方向上变化相比很小。
因此,假设该圆柱直肋在同一截面上温度相同,则该问题可转化为等截面直肋一维稳态导热问题。
t/d x=0图1 圆柱肋片物理模型图2.2 数学模型以肋基为坐标原点,圆柱肋片厚度方向为坐标正方向,建立坐标系如图2所示。
基于上述物理模型,则该问题的数学模型可描述如下: ()()440c f b s d dT AU h T T T T dx dx λεσ⎛⎫⎡⎤--+-= ⎪⎣⎦⎝⎭(1-a )左右两侧相应的边界条件分别是第一类边界条件和第二类边界条件,分别描述如下:左边界w x TT == (1-b )右边界0x LdT dx== (1-c)图2 圆柱肋片数学模型图3 数值处理与程序设计3.1数学模型无量纲化为了使数值计算结果具有更普遍的意义,将上述数学模型无量纲化。
研究总结报告—— 散热器(肋片)仿真总结一、 研究内容散热器设计是决定散热器效能的最重要因素,从散热的过程来看,分为吸热、导热、散热三个步骤。
热量从芯片中产生,散热器与芯片接触端要及时吸取热量,之后传递到散热片上或其它介质当中,最后再将热量发散至环境当中。
因此,散热器设计应从这三个步骤入手,分别将吸热、导热、散热的性能提升,才能获得较好的整体散热效果。
常见的肋片形式有以下几种:平行矩形直肋、平行矩形针肋、交错矩形针肋、平行圆柱针肋、交错圆形针肋。
他们的适用场合、生产工艺、散热性能各不相同,本文就常见强迫风冷散热形式建模,仿真分析以上几种肋片形式散热器的散热性能。
肋片尺寸直接约束着肋片的散热性能,其影响可以在肋片传热的近似解中看到。
图1是常见的矩形等截面直肋的形状尺寸示意图。
图 1 矩形直肋形状尺寸示意图设温度在与x 轴垂直的截面上均匀分布,即只是x 的函数,肋片导热系数为k ,肋表面对周围流体的换热系数为h ,周围流体温度为t f ,肋根温度为t 0,截面不变(等截面面积A c 和周长U 为常数),肋厚为U ,肋厚为δ。
把肋片的某一微元体dx 视为稳态系统,设单位时间导入、导出微元段的热量为Qx 和Qx+dx ,微元段向周围介质的对流换热热量为Qc ,根据能量守恒原理,其热平衡关系为x x dx c Q Q Q +=+(1-1)根据文献[26]中的推导,可得到肋片的肋效率为()()00f hUth ml th mlm hUl mlθηθ==(1-2)设肋片表面积为A1,两肋之间的平壁面积为A2,则肋片总换热面积Ah 为12h A A A =+(1-3)两肋之间平壁温度为t0,肋片表面温度为tl (仍假设沿肋横截面的温度均匀分布,但沿肋x 方向tl 不是常数),则肋片表面的对流换热热流量为21002102()()()()f l f l f A hA t t h t t dA hA t t hA t t Φ=-+-=-+-⎰(1-4)式中,l t 为肋表面的平均温度。