散热计算模型
- 格式:doc
- 大小:742.00 KB
- 文档页数:6
电动汽车散热器计算
电动汽车的散热器计算是为了确保电动汽车在工作过程中能够保持正常的温度,从而提高电池和电动机等重要部件的使用寿命。
散热器计算一般包括以下几个方面:
1. 散热功率计算:根据电动汽车各个部件的功率和热损耗来计算散热器需要处理的热量。
例如,电池组的功率损耗、电动机的功率损耗、电子控制器的功率损耗等。
2. 散热器面积计算:根据散热功率和散热器的换热能力来计算所需的散热器面积。
根据不同的散热器类型,可以使用不同的换热能力公式来计算。
3. 散热器材料选择:根据散热器工作条件和要求,选择合适的散热器材料,例如铝合金、镀锌板等。
4. 散热风扇选择:根据电动汽车散热器的设计和工作条件,选择合适的散热风扇,保证散热器能够正常工作。
需要注意的是,不同类型的电动汽车可能有不同的散热器计算要求。
因此,在进行散热器计算时,应根据具体的电动汽车型号和要求进行计算和设计。
同时,还需要考虑电动汽车在不同工况下的散热需求,例如高速行驶、低速行驶、急加速等。
电机通风散热计算简介一、电机通风散热计算目的和意义电机通风散热计算是电机设计的主要内容之一。
电机温升直接影响绕组绝缘寿命,从而关系到电机的运行寿命和可靠性。
现代电机设计多采用较高的电磁负荷,导致电机运行时的温升明显增大,因此,电机热分析显得尤为重要。
电机的热源来源于它自身的损耗,包括铁芯损耗,绕组损耗,机械损耗。
铁芯损耗包括铁芯中主要磁场变化时产生的铁芯损耗,这种损耗一般称为基本损耗。
包括定转子开槽引起气隙磁导谐波磁场在对方铁芯中引起的损耗,以及电机带负载后,由于存在漏磁场和谐波磁场而产生的损耗。
前者称为空载附加损耗,后者称为负载附加损耗。
绕组损耗包括电流在绕组中产生的损耗,这种损耗为基本铜耗。
包括电刷与集电环或换向器接触而产生的损耗,以及工作电流产生的漏磁场和谐波磁场在绕组中产生的损耗,前者称为接触损耗,后者称为绕组附加铜耗。
机械损耗包括轴承波擦损耗,电刷摩擦损耗,转子旋转时引起转自表面与气体间的摩擦损耗以及电机同轴的风扇所需的功率。
一般小型电机损耗所占比重:定子铜耗>转子铜耗>铁耗>机械损耗。
电机本身是一个热源的传导体,其热量传递过程主要是热传导和对流换热过程,即导热和对流的综合过程。
由传热的基础知识可知,上述过程与介质的导热系数和表面传热系数直接有关。
导热系数适当温度梯度为1时,单位时间内通过单位面积的导热量。
导热系数的大小与材料的性质有关,同一材料的导热系数随温度,压力,多孔性和均匀性等因素而变化。
通常温度是决定性因素。
对于绝大多数物质而言,当材料温度尚未达到融化或气化以前,导热系数可以近似地认为是线性规律变化,即:0(1)btλλ=+。
其中λ指温度为零时的导热系数b是由试验确定的常数。
气体固体液体的导热系数彼此相差悬殊。
一般情况下金属>液体>气体>绝缘材料。
由上述内容可知大型电机本身是一个由多种材料组合而成的组合体,它的发热过程较复杂,因而它的温升过程也较复杂,但在一定的容量下,各部分的温升是一定的,温度分布也是一定的。
热力学过程的简化模型和实际分析计算热力学是研究物质系统在温度、压力等参数变化时宏观行为和性质的科学。
在工程、物理、化学等领域,热力学过程的分析和计算是不可或缺的。
然而,实际的热力学过程往往十分复杂,需要通过简化模型来进行研究和分析。
本文将介绍几种常用的热力学简化模型,并对这些模型在实际问题中的应用进行分析和计算。
1. 理想气体模型理想气体模型是热力学中最基本的模型之一,它假设气体分子为点粒子,分子间无相互作用力,且分子与容器壁的碰撞是完全弹性的。
理想气体状态方程可以表示为:[ PV = nRT ]其中,( P ) 表示压强,( V ) 表示体积,( n ) 表示物质的量,( R ) 为理想气体常数,( T ) 表示温度。
实际分析计算假设一个理想气体在等温条件下从容器 A 转移到容器 B,容器 A 的压强为( P_1 ),体积为 ( V_1 ),容器 B 的压强为 ( P_2 ),体积为 ( V_2 )。
根据玻意耳定律(等压变化):[ P_1 V_1 = P_2 V_2 ]我们可以计算出气体在两个容器中的密度,然后根据实际应用的需求,进一步计算出气体的质量、温度等参数。
2. 热力学循环模型在热力学中,循环模型是描述热力学系统在一定时间内完成一个或多个状态变化的过程。
常见的循环模型有卡诺循环、布雷顿-康普顿循环等。
实际分析计算以卡诺循环为例,假设一个热力学系统在高温热源 ( T_H ) 和低温冷源 ( T_C )之间进行四个状态变化:等压加热、等熵膨胀、等压冷却和等熵压缩。
我们可以根据热力学基本方程和状态方程,计算出循环的效率、功率等参数。
3. 热传递模型热传递模型用于描述热量在物质系统中的传递过程,常见的热传递方式有导热、对流和辐射。
实际分析计算假设一个平面层状物体,上下表面分别为恒温边界条件,我们可以根据傅里叶定律:[ q = -k ]计算出物体内部的温度分布。
再根据实际需求,我们可以计算出物体表面的热流密度、热阻等参数。
LED散热计算公式详解..LT大功率LED的散热问题:LED是个光电器件,其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能,其余的电能几乎都转换成热能,使LED的温度升高。
在大功率LED中,散热是个大问题。
例如,1个10W白光LED若其光电转换效率为20%,则有8W的电能转换成热能,若不加散热措施,则大功率LED的器芯温度会急速上升,当其结温(TJ)上升超过最大允许温度时(一般是150℃),大功率LED会因过热而损坏。
因此在大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。
另外,一般功率器件(如电源IC)的散热计算中,只要结温小于最大允许结温温度(一般是125℃)就可以了。
但在大功率LED散热设计中,其结温TJ要求比125℃低得多。
其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响:TJ越高会使LED的出光率越低,寿命越短。
K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。
在TJ=25℃时,相对出光率为1;TJ=70℃时相对出光率降为0.9;TJ=115℃时,则降到0.8了。
:TJ=50℃时,寿命为90000小时;TJ=80℃时,寿命降到34000小时;TJ=115℃时,其寿命只有13300小时了。
TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。
大功率LED的散热路径.大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。
图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。
从这两图可以看出:在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫,它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。
大功率LED是焊在印制板(PCB)上的,如图4所示。
散热垫的底面与PCB 的敷铜面焊在一起,以较大的敷铜层作散热面。
为提高散热效率,采用双层敷铜层的PCB,其正反面图形如图5所示。
这是一种最简单的散热结构。
热是从温度高处向温度低处散热。
大功率LED主要的散热路径是:管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
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。
机房设备的散热量计算公式在现代社会中,机房设备已经成为各种企业和机构运行的重要基础设施。
然而,随着机房设备的不断更新和扩展,散热问题也变得越来越重要。
机房设备的散热量不仅影响着设备的稳定运行,还直接关系到机房的能耗和运行成本。
因此,了解机房设备的散热量计算公式成为了非常重要的一项技术。
散热量是指物体由于温度差而向外界传递热量的过程。
在机房中,设备的散热量主要来自于设备内部的电子元件和电路板的工作产生的热量。
一般来说,机房设备的散热量可以通过以下公式进行计算:Q = m c ΔT。
其中,Q为散热量,单位为焦耳(J);m为物体的质量,单位为千克(kg);c为物体的比热容,单位为焦耳/千克·摄氏度(J/kg·℃);ΔT为物体的温度变化,单位为摄氏度(℃)。
在机房中,设备的散热量通常是以功率的形式给出,即单位时间内散热的能量。
因此,可以将上述公式进行改写,得到如下形式:P = Q / t。
其中,P为单位时间内的散热功率,单位为瓦特(W);t为时间,单位为秒(s)。
通过上述公式,我们可以看到,机房设备的散热量与设备的质量、比热容以及温度变化有关。
在实际应用中,我们通常会根据具体的设备参数和工作环境来进行计算。
首先,我们需要了解设备的质量。
设备的质量通常可以通过设备的规格参数来获取,例如设备的重量等。
在进行计算时,我们需要将设备的质量转换为标准单位,即千克。
其次,我们需要了解设备的比热容。
设备的比热容通常可以通过设备的材质和结构来确定。
一般来说,常见的设备材质如金属、塑料等都有相应的比热容数值。
在进行计算时,我们需要根据设备的具体材质来确定比热容的数值。
最后,我们需要了解设备的温度变化。
设备的温度变化通常可以通过设备的工作状态和环境温度来确定。
在进行计算时,我们需要根据设备的实际工作情况和环境温度来确定温度变化的数值。
通过上述步骤,我们可以得到设备单位时间内的散热功率。
在实际应用中,我们通常会根据设备的功率来确定散热量的大小,并进一步进行散热设计和设备布局。
【最新整理,下载后即可编辑】散热计算模型对灯具的热传导计算方法进行了讨论,提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算,可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。
有利于判断导热结构是否可行。
文中还用一个LED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。
Luxeon 大功率LED在散热性能方面大大地优于普通的小功率LED,电通道和热通道分离开,它的LED芯片都连接在一个金属的嵌片上,散热性能得到很大的改善。
但是,大功率LED用于特种灯具,或用于恶劣环境使用的灯具,这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上,如果外壳为非金属(如塑胶)材料,尽管LED连接上了铝基板(MCPCB),但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面,则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升,导致温度过高,增加了LED失效的可能性,造成LED光衰加剧,寿命缩短。
理论上计算灯具散热的情况,灯具的导热理论有许多困难,主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用,而对流是在密闭空腔内的对流,边界条件十分复杂;传导也是要通过多层导热物质、多层界面,截面积通常又是不等的,导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。
由于灯具是在开启后逐渐升温,最后达到热稳定状态,也就是说,热稳定状态时各点的温度最高,所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况,瞬态的温度分布情况并不重要。
对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1]:式中为介质的导热系数,q''''''为热源的发热功率。
由于灯具的结构是多种介质,所以在实际计算中,必须对每一种介质逐一求解上式,计算灯具内的温度场分布是十分困难,而且是没有必要的。
实际上,我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内,只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。
本文对效等电路的热阻算法进行了探讨,热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度,也不必求解灯具内的温度场,直接计算灯具内关注点的温升,困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到,而这一过程往往又是很复杂的。
蒸汽热网散热损失计算及其影响因素分析摘要:热力管道作为热量输运的主要载体,保温散热性能直接决定了热网经济性和安全可靠性,是发展大机组、长距离区域供热所必须面临的挑战. 准确评价热网保温管道的散热损失特性,研究热网管损的主要影响因素和机理,对于完善保温管道的设计优化、降低管损、改善热网的经济性和安全可靠性,具有重要的工程意义和广阔的应用前景.关键词:集中供热;蒸汽热网;散热损失;影响因素分析引言热网体系随城市规模的扩大而扩展、换热站的分块管理与管网设施的数据监督使城市热网的发展迎来新的挑战。
迫切需要一款热网监督管理平台,将各个换热站、各管网通道以及用户站点数据进行综合分析处理,可实现热网系统运行的远程管理,有效实现对热网供热温度控制。
因此,应用组态王KingView软件设计电脑端监控界面,硬件采用PLC可编程逻辑控制器,通过流量、温度传感器测量各管网底层信息,上传至PLC完成对供热系统的控制,连接至组态王完成对数据的采集分析。
便于远程操作热网系统与热网信息采集,降低热网系统人力投入,对热网系统检修提供便捷,保障热网系统安全稳定运行。
1城市热网工艺分析城市集中供热系统由热源、热网和用户三部分组成。
划分为温控区和供热区,涉及到供热站、换热站、供水站、监控站和热网用户等站点。
其中供热站为热源,集中热源主要为热电站和区域性锅炉房,或采用热电联合集中供热,为一次管网提供热源以满足二次管网供暖所需。
热源将载热介质输送至一次管网,载热介质可以为高温热蒸汽或高温热水,管网网道设置有传感器组,包括压力变送器、流量传感器和温度检测器等测量检测元件,通过供热阀调节管网内载热介质流量,载热介质经过供热阀后流入换热器。
换热器位于换热站内用于载热介质与二次工艺介质的热量交换,经加热后的工艺介质进入二次管网,经高压泵加压后送入千家万户。
供水站对换热站进行工艺介质的补充与泄流,维持管内压力恒定与供热稳定。
监控站负责整个热网系统信息采集和实时监控,实现较好的热供应温度控制。
CFX—Ansys单向流固耦合分析——散热器热分析1.计算模型模型一般选用Iges格式,单位mm,去掉直径小于φ30的孔及半径小于R10等细小特征,将散热元器件接触面分割出来。
2.元器件发热量IGBT损耗IGBT器件损耗包括IGBT、FWD稳态损耗及开关损耗。
根据I C=f(V CE)查出V CE 及I C的两个值,分别输入表一中,即可求出IGBT的稳态损耗P IGBT-DC,根据表二求出FWD的稳态损耗P FWD-DC 。
根据表三、表四求出IGBT的开关损耗,表五求出FWD的开关损耗。
根据已知的电阻、电流查出损耗值,然后根据实际电阻及已知电阻的比例关系求出实际的损耗值。
整流桥损耗根据公式求出I dc,然后查表得出整流桥损耗,其中I o为电流值,其他参数不变。
具体参见“IGBT、整流桥功耗计算(ECM※).xlsx” 及元器件手册。
热量输入采用热流密度,单位W/m2。
3.创建文件夹a)建立一个总文件夹,如“radiator(ECM43)”b)在radiator(ECM43)里建立IGS、hm、cfx及wb文件夹,IGS文件夹里放入模型数据,hm里放入网格数据,cfx里放入流体分析文件,wb文件夹里放入热分析文件 4.网格划分采用Hypermesh划分网格,必须使散热器网格与流体网格坐标一致。
4.1.启动“Hypermesh”在桌面上双击图标开始Æ所有程序ÆAltair Hyperworks 8.0 sr1Æhypermesh4.2.导入模型FileÆImportÆGeometryÆIGESGeometry ColorÆBy TopoShaded Geometry and Surface Edges4.3.程序参数设置数据格式选择PreferencesÆUser Profiles…选择PreferencesÆOptions,4.4.体网格划分3DÆtetrameshÆvolume tetraEnclosed volume:,Hint:Shift+左键拖动选择散热器全部表面点击开始网格划分,看到提示信息表示网格划分结束。
集成电路的散热量计算公式在集成电路(IC)的设计和应用中,散热是一个非常重要的问题。
由于集成电路工作时会产生大量的热量,如果不能有效地散热,会导致IC温度过高,从而影响其性能和寿命。
因此,对集成电路的散热量进行准确的计算和评估是非常重要的。
散热量是指单位时间内从一个物体表面散发出的热量,通常用单位时间内散发的热量的功率来表示。
在集成电路中,散热量的计算可以帮助工程师确定散热器的尺寸和材料,以确保IC在正常工作条件下能够保持适当的温度。
散热量的计算公式通常包括以下几个因素,IC的功耗、散热器的热阻、环境温度等。
下面我们将分别介绍这些因素,并给出散热量计算的具体公式。
1. IC的功耗。
IC的功耗是指单位时间内IC消耗的能量。
在实际应用中,IC的功耗可以通过测量电流和电压来计算。
通常情况下,IC的功耗可以表示为P=IV,其中P表示功率,I表示电流,V表示电压。
通过测量IC的电流和电压,可以得到IC的功耗。
2. 散热器的热阻。
散热器的热阻是指散热器在单位温度差下的散热能力。
通常情况下,散热器的热阻可以表示为R=ΔT/Q,其中R表示热阻,ΔT表示温度差,Q表示散热量。
通过测量散热器的温度差和散热量,可以得到散热器的热阻。
3. 环境温度。
环境温度是指IC周围的温度,通常情况下可以通过温度传感器来测量。
综合考虑以上因素,可以得到集成电路的散热量计算公式:Q = P + R ΔT。
其中,Q表示散热量,P表示IC的功耗,R表示散热器的热阻,ΔT表示环境温度和IC温度之间的温度差。
通过这个公式,我们可以计算出IC在不同工作条件下的散热量,从而确定合适的散热器尺寸和材料,以确保IC在正常工作条件下能够保持适当的温度。
在实际应用中,还需要考虑一些其他因素,比如IC的封装形式、散热器的安装方式等。
因此,散热量的计算是一个复杂的过程,需要综合考虑多个因素。
除了计算散热量,还需要对散热器的散热性能进行评估。
通常情况下,可以通过实验来测量散热器的散热能力,从而验证计算结果的准确性。
典型散热负荷计算公式在建筑工程中,散热负荷的计算是非常重要的一部分,它直接关系到建筑物内部的舒适度和能源消耗。
散热负荷是指建筑物内部需要通过散热设备来排除的热量,包括来自外部环境的热量以及建筑物内部产生的热量。
因此,正确计算散热负荷对于设计和选择合适的散热设备至关重要。
在实际工程中,散热负荷的计算可以采用多种方法,其中最常用的是传统的公式法。
下面将介绍一种典型的散热负荷计算公式,以便工程师和设计师们在实际工程中能够更好地应用。
首先,我们需要了解一些基本的概念和参数。
在散热负荷计算中,需要考虑的主要参数包括建筑物的传热系数(U值)、室内外温差(ΔT)、建筑物的表面积(A)以及室内外温差变化的时间(t)。
这些参数将直接影响到散热负荷的计算结果。
根据传统的公式法,散热负荷的计算公式可以表示为:Q = U × A ×ΔT × t。
其中,Q表示散热负荷,U表示建筑物的传热系数,A表示建筑物的表面积,ΔT表示室内外温差,t表示室内外温差变化的时间。
在实际应用中,我们需要根据具体的建筑物情况和要求来确定这些参数的数值。
建筑物的传热系数可以通过建筑物材料的热传导系数和厚度来计算,室内外温差可以通过气象数据和建筑物的保温性能来确定,建筑物的表面积可以通过建筑物的平面图和立面图来测算,室内外温差变化的时间可以通过建筑物的使用情况和气象数据来估算。
在实际计算中,还需要考虑到建筑物内部产生的热量,例如人体代谢产生的热量、照明设备产生的热量、家用电器产生的热量等。
这些热量也需要加入到散热负荷的计算中,以确保计算结果的准确性。
除了传统的公式法,还可以采用计算机辅助设计软件来进行散热负荷的计算。
这些软件通常会结合建筑物的具体情况和要求,自动生成散热负荷的计算结果,并且可以进行多种参数的灵活调整和优化。
这种方法不仅可以提高计算的效率,还可以提高计算的准确性,是目前建筑工程中常用的计算方法之一。
总之,散热负荷的计算是建筑工程中非常重要的一部分,它直接关系到建筑物内部的舒适度和能源消耗。
Icepak做自然散热时计算域的设定
通过在Icepak增加重力加速度项,Icepak求解器会自动使用Boussinesq假设模拟自然对流流场。
为了让模型周围的空气对流场充分发
展,必须把整个计算域取的足够大,也就是cabinet要取的足够大。
Icepak推荐:
设需要模拟的模型三维上最大尺度为L,重力为Y轴负向(-Y),则cabinet外边界距离模型相应外壁距离有这样一些规定:
Y+ > 2L (在y轴正向区域,记做Y+,这个间距大于2倍特征长度,也就是在自然对流浮力上方空间大于2L)
Y- > L (浮力下方空间大于L,除非你的模型直接放在地面上,下面用wall)
其它四个方向的距离> 0.5 L
另外做自然对流,cabinet六个面都打开成opening,opening的物性使用icepak缺省物性,也就是使用环境温度作为温度边界就可以了。
还有,一般做自然对流问题,要把模拟的整个模型做一个非连续网格,以减小计算量。
最后,模拟自然对流,模型外壁面由于左右两侧都是空气,不要用wall,用plate或者block都可以,所有对象都不需要增加对流换热系数条
件,icepak会求解空气场使用固-流耦合条件自动计算表面对流换热量。
abaqus膜层散热系数
在ABAQUS中,膜层散热系数通常可以通过定义材料的热传导系数和辐射吸收系数来实现。
膜层的热传导系数可以通过定义材料的热导率来完成,而辐射吸收系数通常可以通过定义材料的表面辐射率来计算。
具体的步骤如下:
1. 定义材料的热传导系数:在ABAQUS中,可以通过定义材料的热导率来实现。
可以根据材料的类型和特性选择适当的热导率值。
例如,在ABAQUS中,常见的膜材料(如聚酰亚胺薄膜)的热导率通常在0.1 W/mK左右。
2. 定义材料的表面辐射率:表面辐射率可以用于计算材料的辐射吸收,从而得出膜层的散热系数。
在ABAQUS中,可以通过定义材料的表面辐射率来计算辐射吸收系数。
膜材料的表面辐射率通常在0.8-0.9之间。
3. 将热传导系数和辐射吸收系数应用于模型中的膜层:在ABAQUS中,可以通过定义模型中的材料属性来实现。
将热传导系数和辐射吸收系数应用于模型中的膜层,然后运行有限元分析,即可得出膜层的散热系数。
flothrem水冷管建模方法一、引言1.1 任务背景在计算机和电子设备中,散热问题一直是一个重要的挑战。
对于高性能的处理器、显卡等组件而言,散热效果直接影响其性能和寿命。
传统的散热方法通常是通过风扇和散热片进行散热,但这种方式在散热效果上存在一定的局限性。
1.2 flothrem水冷管的优势flothrem水冷管作为一种新型的散热方式,具有许多优势。
它可以通过引入液体流体来带走热量,相较于传统的风冷方式,具有更好的散热效果。
此外,flothrem 水冷管还具有体积小、噪音低、可靠性高等特点,因此在高性能计算机、服务器以及超算等领域得到了广泛应用。
二、flothrem水冷管建模方法2.1 概述flothrem水冷管建模是指对水冷管的结构、材料、流体动力学等进行建模分析,以便更好地了解其散热原理和性能。
具体而言,flothrem水冷管建模方法主要包括以下几个方面。
2.2 材料建模首先,需要对flothrem水冷管的材料进行建模。
flothrem水冷管通常由金属材料或者陶瓷材料制成,因此其热导率、导热系数等物理性质需要进行准确的描述和建模。
这可以通过实验测试、计算模拟等方法得到。
2.3 结构建模其次,需要对flothrem水冷管的结构进行建模。
flothrem水冷管通常由进口管道、热交换器、出口管道等组件构成。
建模时需要考虑这些组件的几何形状、尺寸以及连接方式等。
通过精确的结构建模,可以更好地了解flothrem水冷管在热传导过程中的性能和限制。
2.4 流体动力学建模流体动力学建模是flothrem水冷管建模的关键环节。
在flothrem水冷管中,水或其他液体作为冷却剂流动,有效地带走热量。
因此,对流体的流动特性进行建模是必不可少的。
可以通过数值模拟方法(如计算流体动力学方法)来研究流体在flothrem水冷管中的流动速度、流向以及流动失真等性质。
2.5 散热性能评估最后,通过建模分析,可以对flothrem水冷管的散热性能进行评估。
在冷却塔中,热水流与空气流直接接触,由于温度差导致的显热传递,热水流被冷却,同时由于蒸发现象,热水流也会发生质量损失。
按空气流与水流的配置方式,冷却塔可以分为逆流冷却塔与交叉流冷却塔。
下图给出了逆流压力通风冷却塔的原理图。
环境空气被吸引向上穿过流下的水。
大多数的冷却塔都会有填充材料用来增加水与空气表面的接触面积。
一个冷却塔通常是由若干个塔细胞组成的。
这些塔细胞并联的分享了集水槽。
现阶段大多数研究者采用的是 1989年 Braun 提出的基于部件的冷却塔模型,其数学表达式如下所示:)(,,,i a i w a a a cell h h mQ -= ε 式中,a ε——冷却塔的热交换效率;a m——冷却塔内的空气质量流量,s kg /; i a h ,——冷却塔内进口空气的焓值;kJ/kg ;i w a h ,,——冷却塔内进口水表面饱和空气焓值 kJ/kg ;cell Q ——冷却塔单元散热量。
当 Lewis 数为 1 时,对于逆流式冷却塔:))1(exp(1))1(exp(1***m Ntu m m Ntu a ------=ε 而叉流式冷却塔:))))exp(1(exp(1(1**Ntu m ma ----=ε上述两式中:pw i w s a C m C m m ,* = a c e l lv D mV A h N t u = 其中:NTU ——传热单元数;*m ——冷却塔空气和冷却水的热容比率;s C ——平均饱和空气定压比热容,kJ/(kg ·K);i w m, ——进口水流量; D h ——质量传递系数;v A ——每塔单元中水滴表面积的交换量;cell V ——所有塔单元的交换体积;饱和比热s C 是由水的进出口状态和焓值确定的:o w i w ow s i w s s T T h h C ,,,,,,--=式中 i w s h ,,——冷却塔进口处水表面饱和空气焓值,kJ/kg ;o w s h ,,——冷却塔的出口处水表面饱和空气焓值,kJ/kg ;i w T ,——冷却塔的进水温度,K ;o w T ,——冷却塔出水温度,K 。
散热计算模型
对灯具的热传导计算方法进行了讨论,提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算,可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。
有利于判断导热结构是否可行。
文中还用一个LED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。
Luxeon 大功率LED在散热性能方面大大地优于普通的小功率LED,电通道和热通道分离开,它的LED芯片都连接在一个金属的嵌片上,散热性能得到很大的改善。
但是,大功率LED用于特种灯具,或用于恶劣环境使用的灯具,这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上,如果外壳为非金属(如塑胶)材料,尽管LED连接上了铝基板(MCPCB),但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面,则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升,导致温度过高,增加了LED失效的可能性,造成LED光衰加剧,寿命缩短。
理论上计算灯具散热的情况,灯具的导热理论有许多困难,主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用,而对流是在密闭空腔内的对流,边界条件十分复杂;传导也是要通过多层导热物质、多层界面,截面积通常又是不等的,导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。
由于灯具是在开启后逐渐升温,最后达到热稳定状态,也就是说,热稳定状态时各点的温度最高,所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况,瞬态的温度分布情况并不重要。
对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1]:
式中为介质的导热系数,q''''''为热源的发热功率。
由于灯具的结构是多种介质,所以在实际计算中,必须对每一种介质逐一求解上式,计算灯具内的温度场分布是十分困难,而且是没有必要的。
实际上,我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内,只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。
本文对效等电路的热阻算法进行了探讨,热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度,也不必求解灯具内的温度场,直接计算灯具内关注点的温升,困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到,而这一过程往往又是很复杂的。
下面以一个实例的计算来说明等效电路的热阻算法。
灯具要求的基本结构如下图,LED 处于密闭的塑胶外壳内,右侧的绝热层较厚,比较起其他部分导热,其导热基本可以忽略不计,热量主要通过支撑架、塑胶外壳、橡胶外套,然后通过外部空气对流散到空气中。
1.简化模型:
(1)铝基板视为一个等温热源;
(2)支撑板与与铝基板之间有一个附加导热层;
(3)由于塑胶的热导率比空气的热导率高得多,所以,空气的导热可以忽略不计;(4)支撑板与塑胶外壳之间有一层附加导热层
(5)塑胶外壳与橡胶外皮之间为紧密接触
(6)铝基板与外壳之间的对流导热可以忽略不计[2]
所以总热阻:
R=R1+R2+R3+R4+R5+R6
其中
R1为支撑板与铝基板之间的附加导热层的热阻;
R2 为支撑板的热阻;
R3 为散热板与塑胶外壳之间的附加导热层的热阻;
R4塑胶外壳的热阻;
R5 为橡胶外皮的热阻;
R6 为橡胶外皮处于空气中对流换热的热阻[1]。
2.计算
下面分别计算各部分热阻:
上述各式中,
k i(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热系数;
A i(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热等效截面积;
d i(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热长度;
上式中,为平均换热系数;
L 为定性长度,在大圆柱对流换热情况下,通常取圆柱直径;
Gr L和Pr分别为无量纲的格拉晓夫数和普朗特数,不同情况下的数值可以查表获得;
C 为适配系数,在层流的情况下通常取0.53~0.54;
A6为对流换热的有效面积;
k6为空气的导热系数。
于是总热阻为
R=R1+R2+R3+R4+R5+R6=86.37(W/K)
LED约有1W的功率变成热量则铝基板的温升为:
ΔT=(T2-T1)=qR=86.37 (K)
其中T2为铝基板温度,T1为环境温度。
若环境温度为40℃,则铝基板的温度将要达到126℃,此时LED的结温达到166℃,根据Lumileds公司的“Luxeon Reliability”一文中介绍,Luxeon LED的失效与温度的关系为:
这样高的温度Luxeon的失效几率比结温120℃时失效几率大92854倍,接近10万倍。
这种温度下运行可靠性很差,所以这种导热结构不可行。
从各个热阻分量看,主要的热阻是支撑板的传导热阻,改进必须是针对它的结构改进。
若采用另一种热传导结构,取消塑胶的支撑架,换成0.3mm厚的电解铜散热板,如下图:
其它部分不变,电解铜散热板的热阻为:
电解铜散热板的折边有6mm,这部分的等效热阻为:
于是,总热阻变为:
若环境温度为40℃,则铝基板的温度将要达到64.6℃,此时LED的结温达到104.6℃,从理论上说,这种热传导结构是可行的。
下表是两种结构温度试验与理论计算结果对照
3.讨论
从上面计算可以看出,采用等效于电路的热阻计算法,选取合适的简化模型,对于不同热传导结构中,温度关注点的温升进行计算,可以在开模具之前判断热传导结构的优劣,同时可以根据各部分热阻的计算结果判断主要的结构改进方向,这对于指导和改进结构设计具有实际的意义。