我设计的散热器说明
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散热器是一种常见的热管理设备,它通常用于电子设备中,以帮助散热并保持设备的温度稳定。
而密封结构对散热器的性能和稳定性起着至关重要的作用。
本文将围绕散热器密封结构的设计和解析展开讨论,并就其影响因素、设计原则以及未来发展方向进行深入探讨。
1. 密封结构的影响因素散热器的密封结构受到多种因素的影响,首先是环境因素。
如果散热器需要在高温或潮湿环境中工作,密封结构需要具备防水、耐高温等特性。
其次是材料因素,密封结构的材料选择将直接影响其密封性能和耐久性。
另外,安装方式、结构设计、制造工艺等因素也会对密封结构的性能产生影响。
2. 密封结构的设计原则在设计散热器的密封结构时,需要遵循一些基本原则。
首先是密封性原则,即要求密封结构能够有效地隔绝外部环境,并保持内部气流的稳定。
其次是耐久性原则,密封结构需要具备长期稳定工作的能力,尤其是在恶劣环境下。
密封结构的设计还需要考虑安装和维护的便利性,以及成本和制造工艺等因素。
3. 密封结构的未来发展随着科技的不断发展,散热器密封结构也在不断更新换代。
未来,随着材料技术的进步,新型的密封材料将被应用于散热器的设计中,以提高其密封性能和耐久性。
基于人工智能和大数据技术的智能化密封结构设计和监测系统也将逐渐成熟,为散热器的性能优化提供更加可靠的技术支持。
4. 个人观点和总结从我个人的角度来看,散热器的密封结构设计是一个非常重要的环节,它直接影响着散热器的工作效果和稳定性。
在未来,我期待看到更多的创新技术被应用于散热器密封结构的设计中,以进一步提高散热器的性能表现。
通过对散热器密封结构的设计和解析,我们不仅能够更深入地理解散热器的工作原理和性能表现,也能够为未来散热器的设计和应用提供更多的思路和参考。
希望本文能够对读者有所启发,也期待在未来能够见证散热器技术的不断进步与发展。
散热器密封结构在电子设备中的应用越来越广泛,其性能和稳定性对设备的工作效果起着至关重要的作用。
设计和优化散热器的密封结构是一个非常重要的课题。
柴油机水箱散热器设计柴油机水箱散热器设计需要考虑多个因素,以确保其性能和可靠性。
以下是一些关键的设计要点:
1.材料选择:选择适当的材料对于散热器的性能至关重要。
常用的材料包括铜、铝和
不锈钢等,它们具有较好的导热性能和耐腐蚀性。
2.散热面积:散热器的散热面积是影响散热效果的重要因素。
在设计时,需要根据柴
油机的功率和散热需求来计算所需的散热面积。
3.翅片设计:翅片是散热器中的重要组成部分,其设计可以提高散热器的表面积,增
强散热效果。
翅片的设计参数包括翅片间距、翅片高度和翅片厚度等。
4.冷却风道设计:散热器中的冷却风道设计可以提高散热器的冷却效率。
风道的布局、
大小和形状等参数需要根据柴油机的散热需求和空气流量来设计。
5.安装方式和固定方式:散热器的安装方式和固定方式也需要考虑。
根据柴油机的安
装空间和位置,选择适当的安装方式和固定方式,以保证散热器的稳定性和可靠性。
6.防腐处理:散热器在使用过程中会受到腐蚀的影响,因此需要进行防腐处理。
常用
的防腐处理方法包括镀锌、喷塑和涂防锈漆等。
总之,柴油机水箱散热器设计需要综合考虑多个因素,包括材料选择、散热面积、翅片设计、冷却风道设计、安装方式和固定方式以及防腐处理等。
通过合理的设计和制造工艺,可以确保散热器的性能和可靠性,从而延长柴油机的使用寿命。
汽车散热器使用说明
汽车散热器是车辆冷却系统中的重要部件,其作用是散热并保
持发动机在适宜的工作温度范围内。
以下是关于汽车散热器的使用
说明:
1. 定期检查,定期检查散热器是否有漏水、堵塞或损坏的情况,确保其正常工作。
2. 清洁保养,保持散热器的清洁,定期清洗散热器表面的灰尘
和杂物,确保空气能够顺利流过散热器,提高散热效果。
3. 冷却液检查,定期检查冷却液的量和质量,确保冷却系统中
的冷却液处于适当的水平和质量,避免发动机过热。
4. 注意保护,避免在行驶中碰撞到障碍物或受到外部冲击,以
免造成散热器损坏。
5. 维修更换,如发现散热器漏水、损坏或堵塞严重,应及时进
行维修或更换,以免影响发动机正常工作。
6. 注意温度,在行驶过程中,注意观察发动机温度表的指示,
确保发动机工作温度在正常范围内,避免过热或过冷。
7. 长途行驶,在长途行驶前,应确保散热器和冷却系统处于良
好状态,以确保发动机在长时间高负荷工作下保持正常温度。
总之,汽车散热器的使用和保养对于车辆的正常运行至关重要,定期检查、清洁保养、注意温度和及时维修是保证散热器正常工作
的关键。
希望以上信息能够帮助你更好地了解汽车散热器的使用和
维护。
散热器设计1.常用散热器介绍对于安装在PCB表面的元器件来说,其内部热量主要通过热传导的方式进入PCB和元器件表面,之后通过对流换热和热辐射的方式进入周围环境;由于元器件表面的面积要远小于PCB表面积,所以通过元器件表面散热的热量相对较少,因此我们在元器件表面安装散热器,使得元器件上方的散热面积得到扩展(如上图所示),更多热量通过热传导的方式进入元器件上表面,之后再由散热器进入周围环境中。
散热器的材料、加工工艺和表面处理是散热器生产的三个重要因素,会影响到散热器的性能和价格。
1.1散热器材料散热器的材料主要有:铝、铝合金、铜、铁等。
铝是自然界中存储最丰富的金属元素,而且质量轻、抗腐蚀性强、热导率高,非常适合作为散热器的原材料。
在铝中添加一些金属形成铝合金,可以答复提升材料的硬度。
在上章的材料介绍中,我们知道铜的导热率是最好的(比铝高将近一倍),但是它的密度也比铝要大3倍,所以相同体积的散热器要比铝重很多;铜存在着加工难度大、熔点高、不易挤压加工以及成本高等缺点,所以铜散热器的应用要比铝合金少很多,但是随着对电子产品性能要求的越来越高,导致单位体积的功耗大幅增加,所以铜材料散热器的应用越来越多。
1.2散热器加工工艺散热器的加工工艺主要有CNC、铝挤、压铸、铲齿、插齿、扣Fin。
1. 铝挤型:铝挤型散热器是将铝锭加热至460℃左右,在高压下让半固态铝流经具有沟槽的挤型模具,挤出散热器的初始形状,之后再进行切断和进一步加工。
——铝挤型工艺无法精确保证散热器的平面度等尺寸要求,所以通常后期还需要进一步加工。
1, 铝挤型散热器模具成本可以分摊到每一个散热器中,对于大批量产的应用成本较低;2, 齿片高度和齿片间距的比值(Z/X)有限制,通常不建议超过15。
2. 压铸:压铸是一种将熔化合金液体在高压的作用下高速填充钢制模具的型腔,并使合金液体在压力下凝固而形成铸件的加工方法;压铸散热器如下图所示,其尺寸不够精确、表面不光洁(热辐射小)以及星体复杂等特点,后期需要进一步加工;1, 压铸散热器的成本主要在于压铸模具、原材料、机加工和表面处理等,其模具成本较高,适合大批量生产的场合(分摊模具成本);2, 压铸散热器形态比铝挤压性散热器更加多样性,但是散热性能相对更差;3. 铲齿:铲齿是将长条状金属板材通过机械动作,成一定角度将材料切除片状并进行校直,重复切削形成排列一直的翅片结构,如下图所示;铲齿散热器没有模具费用,适用于小批量生产需要的场合,其生产成本主要是:原材料、铲齿加工、CNC加工、表面处理等,铝合金和铜是常用的铲齿散热器材料。
有關散熱器設計热阻热阻thermal resistance反映阻止热量传递的能力的综合参量。
在传热学的工程应用中,为了满足生产工艺的要求,有时通过减小热阻以加强传热;而有时则通过增大热阻以抑制热量的传递。
当热量在物体内部以热传导的方式传递时,遇到的热阻称为导热热阻。
对于热流经过的截面积不变的平板,导热热阻为L/(kA)。
其中L为平板的厚度,A为平板垂直于热流方向的截面积,k为平板材料的热导率。
在对流换热过程中,固体壁面与流体之间的热阻称为对流换热热阻,1/(hA)。
其中h为对流换热系数,A 为换热面积。
两个温度不同的物体相互辐射换热时的热阻称为辐射热阻。
如果两个物体都是黑体(见黑体和灰体),且忽略两物体间的气体对热量的吸收,则辐射热阻为1/(A1F1-2或1/(A2F2-1)。
其中A1和A2为两个物体相互辐射的表面积,F1-2和F2-1为辐射角系数。
当热量流过两个相接触的固体的交界面时,界面本身对热流呈现出明显的热阻,称为接触热阻。
产生接触热阻的主要原因是,任何外表上看来接触良好的两物体,直接接触的实际面积只是交界面的一部分(见图),其余部分都是缝隙。
热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递,而它们的传热能力远不及一般的固体材料。
接触热阻使热流流过交界面时,沿热流方向温度 T发生突然下降,这是工程应用中需要尽量避免的现象。
减小接触热阻的措施是:①增加两物体接触面的压力,使物体交界面上的突出部分变形,从而减小缝隙增大接触面。
②在两物体交界面处涂上有较高导热能力的胶状物体──导热脂。
单位,㎡•K/W热导率或称“导热系数”。
是物质导热能力的量度。
符号为λ或K。
其定义为:在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米,面积为1米2的平行平面,若两个平面的温度相差1K,则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率,其单位为瓦特·米-1·开-1(W·m-1·K-1)。
散热片设计一般准则一、自然对流散热片设计——散热片的设计可就包络体积做初步的设计,然后再就散热片的细部如鳍片及底部尺寸做详细设计1、包络体积2、散热片底部厚度良好的底部厚度设计必须由热源部分厚而向边缘部份变薄,如此可使散热片由热源部份吸收足够的热向周围较薄的部份迅速传递。
底部之厚度关系底部厚度和输入功率的关系3、鳍片形状空气层的厚度约2mm,鳍片间格需在4mm以上才能确保自然对流顺利。
但是却会造成鳍片数目减少而减少散热片面积。
A、鳍片间格变狭窄-自然对流发生减低,降低散热效率。
鳍片间格变大-鳍片变少,表面积减少。
B、鳍片角度鳍片角度约三度。
鳍片形状鳍片形状参考值C、鳍片厚度当鳍片的形状固定,厚度及高度的平衡变得很重要,特别是鳍片厚度薄高的情况,会造成前端传热的困难,使得散热片即使体积增加也无法增加效率鳍片变薄-鳍片传热到顶端能力变弱鳍片变厚-鳍片数目减少(表面积减少)鳍片增高-鳍片传到顶端能力变弱(体积效率变弱)鳍片变短-表面积减少4、散热片表面处理散热片表面做耐酸铝(Alumite)或阳极处理可以增加辐射性能而增加散热片的散热效能,一般而言,和颜色是白色或黑色关系不大。
表面突起的处理可增加散热面积,但是在自然对流的场合,反而可能造成空气层的阻碍,降低效率。
二、强制对流散热片设计————增加热传导系数增加热传导系数(1)增加空气流速这个是很直接的方法,可以配合风速高的风扇来达成目的,(2)平板型鳍片做横切将平板鳍片切成多个短的部分,这样虽然会减少散热片面,但是却增加了热传导系数,同时也会增加压。
当风向为不定方向时,此种设计较为适当。
(如摩托车上的散热片如摩托车上的散热片))散热片横切(3)针状鳍片设计针状鳍片散热片具有较轻及体积较小的优点,同时也有较高的体积效率,更重要的是具有等方向性,因此适合强制对流散热片,如图九所示。
鳍片的外型有可分为矩形、圆形以及椭圆形,矩形散热片是由铝挤型横切而成,圆形则可由锻造或铸造成型,椭圆形或液滴形的散热片热传系数较高,但成型比较不易。
箱体散热方案设计1. 引言随着电子产品的不断发展和普及,箱体散热方案设计成为了赋予电子设备长寿命和良好性能的重要环节。
合理的散热设计可以有效降低设备温度,保护电子元件,提高系统可靠性和性能。
本文将介绍一种基于风扇散热的箱体散热方案设计。
2. 箱体散热方案设计流程箱体散热方案设计主要包括需求分析、热分析、散热方案选择和方案验证等几个阶段。
2.1 需求分析在进行箱体散热方案设计之前,需要进行需求分析。
这包括确定散热目标、工作环境要求、散热器材料、散热器尺寸和散热器数量等方面的要求。
需求分析是散热方案设计的基础,直接影响后续的热分析和散热方案选择。
2.2 热分析热分析是箱体散热方案设计中的重要一环。
通过对电子设备内部的热量产生和传递进行分析,确定热源位置和热量大小。
同时,热分析还需要考虑外部环境的影响,如环境温度和湿度等因素。
热分析的结果将为后续的散热方案选择提供基础数据。
在进行散热方案选择时,需根据热分析结果和需求分析的要求,结合散热技术的发展和成本等因素,选择合适的散热方案。
一般来说,散热方案可以分为被动散热和主动散热两种类型。
被动散热主要依靠传导、辐射和对流等方式来降低温度,而主动散热则通过风扇或水冷等方式强制排出热量。
2.4 方案验证散热方案选择后,需要进行方案验证,确保方案设计的可靠性和有效性。
可以通过热仿真分析或实际测试等手段来验证方案。
在验证过程中,还需要关注散热器的安装方式和散热器与元件之间的接触状况等细节因素。
3. 基于风扇散热的方案设计案例本文以基于风扇散热的方案设计为例,进行方案设计说明。
3.1 热分析通过对电子设备的热量产生和传递进行分析,我们得出了热源位置和热量大小的数据。
根据这些数据,我们可以确定风扇的位置和尺寸,以及散热器的材料和结构。
3.2 风扇选择在进行风扇选择时,需要考虑风扇的风量、噪音和功耗等因素。
根据需求分析中的要求,我们选择了一款低噪音并具备较大风量的风扇。
同时,风扇的尺寸也要适配散热器的尺寸和安装方式。
风冷散热的设计及计算风冷散热原理:散热片的核心是同散热片底座紧密接触的,因此芯片表面发出的热量就会通过热传导传到散热片上,再由风扇转动所造成的气流将热量“吹走”,如此循环,便是处理器散热的简单过程。
散热片材料的比较:现在市面上的散热风扇所使用的散热片材料一般都是铝合金,只有极少数是使用其他材料。
学过物理的人应该都知道铝导热性并不是最好的,从效果来看最好的应该是银,接下来是纯铜,紧接着才会是铝。
但是前两种材料的价格比较贵,如果用来作散热片成本不好控制。
使用铝业也有很多优点,比如重量比较轻,可塑性比较好。
因此兼顾导热性和其他方面使用铝就成为了主要的散热材料。
不过我们使用的散热片没有百分之百纯铝的产品,因为纯铝太过柔软,如果想做成散热片一般都会加入少量的其他金属,成为铝合金(得到更好的硬度)。
风扇:单是有了一个好的散热片,而不加风扇,就算表面积再大,也没有用!因为无法同空气进行完全的流通,散热效果肯定会大打折扣。
从这个来看,风扇的效果有时甚至比散热片还重要。
假如没有好的风扇,则散热片表面积大的特点便无法充分展现出来。
挑选风扇的宗旨就是,风扇吹出来的风越强劲越好。
风扇吹出来的风力越强,空气流动的速度越快,散热效果同样也就越好。
要判断风扇是否够强劲,转速是一个重要的依据。
转速越快,风就越强,简单看功率的大小。
轴承:市面上用的轴承一般有两种,滚珠轴承和含油轴承,滚珠轴承比含油轴承好,声音小、寿命长。
但是滚珠轴承的设计比较难,其中一个工艺是预压,是指将滚珠固定到轴承套中的过程,这要求滚珠与轴承套表面结合紧密,没有间隙,以使钢珠磨损度最小。
通常在国内厂家轴承制造中,预压前上下轴承套是正对的,因为钢珠尺寸与轴承套尺寸肯定会存在一定误差,所以在预压受力后,滚珠同轴承套之间总有5—10微米的间隙,就是这个间隙,使得轴承的老化磨损程度大大增加,使用寿命缩短。
同样过程,在NSK公司的轴承制造中,预压时上下轴承套的会有一个5微米左右的相对距离,这样轴承套在受压后就会紧紧的卡住滚珠,使其间的间隙减小为零,在风扇工作中,滚珠就不会有跳动,从而使磨损降至最小,保证风扇畅通且长久高速运转。
对流散热的新型结构设计对流散热的新型结构设计对流散热是一种常见的热传递方式,常用于散热器、冷却器等设备中。
然而,传统的对流散热结构存在一些问题,例如热阻较大、散热效率较低等。
因此,设计一种新型的对流散热结构是非常有意义的。
下面我将逐步思考如何设计出这样一种结构。
首先,我们可以考虑采用扇叶形状的设计。
正如我们常见的风扇一样,扇叶能够有效地将空气推动起来,从而增加了对流散热的效果。
我们可以尝试将这种扇叶形状应用在散热结构上,以增加其散热效率。
其次,我们可以思考如何增大散热面积。
较大的散热面积可以提供更多的热交换表面,从而增加热量的散发。
我们可以设计出一个由许多小片组成的结构,这些小片之间有一定的间隙,以便空气能够流过。
这样的设计不仅可以增加散热面积,还能够促进空气流动,提高对流散热效果。
接下来,我们可以考虑如何增加空气流动的速度。
快速的空气流动可以增加热量的带走速度,从而提高散热效率。
我们可以在散热结构中设置一些小型的风道,以引导空气流动。
这样的设计可以使空气流经散热结构时形成高速的通道,增加热量的带走速度。
另外,我们还可以考虑利用材料的导热性能来增加散热效率。
选择具有较高导热性能的材料可以提高热量的传导速度。
我们可以选择一种导热性能较好的金属材料来制造散热结构,从而增加热量的传导效果。
最后,我们可以考虑如何进一步优化散热结构的形状。
通过对散热结构的形状进行优化,可以提高空气流动的效果,增加热量的带走速度。
我们可以通过数值模拟和实验测试的方法,对不同形状的散热结构进行性能比较,从而找到最佳的设计方案。
综上所述,设计一种新型的对流散热结构需要考虑扇叶形状、散热面积、空气流动速度、导热材料以及结构形状等因素。
通过合理的设计和优化,我们可以提高散热结构的散热效率,进而应用于各种散热设备中,提高其散热性能。
一.绪论1.电脑散热系统的发展现状目前所有的散热器都以热传导、热对流为主要方式进行散热。
根据热传导、热对流手段的不同,可以将散热器产品分为主动与被动两种方式。
主动的含义是,有与发热体无关的能源参与进行强制散热,比如风扇、液冷中的水泵,相变制冷中的压缩机,这些散热手段的普遍特点是效率高,但同时也需要其它能源的辅助。
与之相反,被动的意思就好理解了,就是仅依靠发热体或散热片的自行发散来进行降温。
目前的主动散热产品类型包括有:风冷、液冷、干冰、液氮与压缩机制冷等。
由于风冷散热是设计的主流,所以在这里只简单的介绍风散热冷技术。
由于成本低廉,风冷散热是最常见的散热技术。
其制造相对简单,就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。
具有价格相对较低,安装简单等优点。
一个高风量的风扇+高导热效率材料的散热片就可以组成一个性能不错的CPU风冷散热器。
传统风冷散热器的基本结构,分为风扇、扣具、散热片(鳍片部分)、散热片(底板部分)这四大部分。
其次是水冷,但是在普通的用户中并不常见,在这里不加以赘述。
2.现有散热系统的缺陷①噪声太大,低频率的噪声会使人精神低糜,情绪低落。
②现在的散热系统全部有风扇来进行主动强制制冷,所以即使我们的电脑放在很干净的地方,如果我们打开主机箱就会惊人的发现:在风扇上、主板上以及机箱内的各个元件上都会沾满灰尘。
更有甚者,灰尘聚集在电路板上,还可能造成电路短路,进而还可能会烧毁板卡。
相信电脑速度变慢在这个计算机普及的时代是大多数用户都有过的体验。
由于电脑构造的复杂,其变慢原因,当然也是多可能性的,可能是由于系统,软件冲突不稳定所造成;亦或是电脑病毒及硬件损坏所带来的侵害。
然而,若是排除了以上这几大原因后,玩家们的电脑还依旧是慢如蜗牛,那可得仔细的看下面的文章了。
下面所说的往往是玩家(特别是电脑新手们)最易忽略的另一个重要细节。
下面,我们就来看看这个大家容易忽略的电脑速度杀手吧。
打开机箱,相信玩家们也会觉得吃惊,我们的电脑一直都摆放在干净整洁的地方,怎么还会有这么多的灰尘呢?其实,即使周围的环境看起来似乎是一尘不染,可置于其中的主机还是会和我们想象的截然不同。
许多玩家们在开箱清理的时候都会为里面的“内容”而感到吃惊。
那又是怎样造成这种情形的呢?其实,原因主要有两个:一个是配件的冷却风扇,无论是CPU,显卡,电源亦或是机箱风扇都会不断的从外界吸入气体,形成循环以降低热量。
机箱风扇或是散热孔从外部吸入了冷空气,这样空气中的灰尘微粒,毛发等东西都被一起吸了进来,在机箱内部循环后堆积在了机箱中的不同地方。
第二则是静电,风扇吸进来的灰尘会被机箱内部的电子设备产生的静电所吸附。
因此,可以看见电路元件及风扇周围都吸附了大量的灰尘。
这样,灰尘聚集在主板,cpu风扇或是电源里时,便导致了机箱内的元件散热不良,温度过高,主板上的电容及cpu得不到好的散热,久而久之,产生的热量会使得电容内部压力过大,电容变得很不稳定,从而会使cpu供电电压不稳,产生了速度变慢甚至蓝屏死机等现象。
更有甚者,灰尘聚集在电路板上,还可能造成电路短路,进而还可能会烧毁板卡。
②维护麻烦。
④耗电量大,浪费电力资源。
二.我的散热系统2.1我的散热系统总效果图说明:我的设计主要分为3个部分,第一部分是半导体制冷。
将半导体制冷器的冷端贴在CPU上(应该可以用导热硅脂粘连),然后在半导体制冷器的冷端和CPU接触处涂上隔热涂层,以防止制冷过程中产生水汽,使电脑短路。
第二部分是热管导热。
CPU上用2根直径为5mm的热管将热量传导至散热片,主机箱上用1根热管,电源箱上用3根,将热量传送至散热片。
第三部分是散热终端,选用铜制的散热鳍片,通过特殊设计的风扇和风道将热量散发。
2.2半导体制冷部分说明在本节,我主要介绍使CPU快速降温的办法,传统的制冷系统主要是利用导热体将CPU的热量传导出去,但是金属器材体积大,被动的传导热量,而我使用半导体制冷器来主动降低cpu的温度。
半导体制冷器也叫温差电制冷器,是直接用电能来制冷的,这样和一般的机械制冷方式比起来有许多优点:它没有运动部件,无液气工作介质,所以无噪声,也不污染环境,而且启动时间短,体积小,重量轻,制冷参数不受空间方向以及重力影响,寿命长,可靠性高等。
虽然它的制冷温度比不上传统的机械制冷,但是应用于电脑CPU的冷却已经绰绰有余。
半导体制冷器的尺寸小,可以做成与cpu相等的大小,附在cpu上,在大的机械过载条件下,能够正常地工作,通过调节工作电流的大小,可方便调节制冷速率,且易于控制。
①.制冷原理③:半导体制冷器件的工作原理是基于帕尔帖冷效应,该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的,即利用当两种不同的导体A 和B组成的电路且通有直流电时,在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量,而另一个接头处则吸收热量,且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的,改变电流方向时,放热和吸热的接头也随之改变,吸收和放出的热量与电流强度I[A]成正比,且与两种导体的性质及热端的温度有关,即:Qab=Iπabπab称做导体A和B之间的相对帕尔帖系数,单位为[V], πab为正值时,表示吸热,反之为放热,由于吸放热是可逆的,所以πab=-πab帕尔帖系数的大小取决于构成闭合回路的材料的性质和接点温度,其数值可以由赛贝克系数αab[V.K-1]和接头处的绝对温度T[K]得出πab=αabT与塞贝克效应相,帕尔帖系也具有加和性,即:Qac=Qab+Qbc=(πab+πbc)I因此绝对帕尔帖系数有πab=πa-πb金属材料的帕尔帖效应比较微弱,而半导体材料则要强得多,因而得到实际应用的温差电制冷器件都是由半导体材料制成的。
②.设计计算④:由帕尔帖冷效应可知,在单位时间内,电偶臂接头处吸收的热量Qp与电流I成正比,即Qp=(阿尔法p-阿尔法n)I Tc (1-1) 式中阿尔法p、阿尔法n为p型和n型半导体的温差电动势系数;Tc为冷端温度。
当冷端温度恒定时,如果不考虑外部漏热,则Qp至少等于器件的热负载Qc’和热端沿电藕臂传导的热量Qh之和,即Qp=Qc’+Qh(1-2)式中Qh由两个热源构成。
热端经电藕臂向冷端传导的热量Qt,即Qt=K(Th-Tc)(1-3) 式中Th、Tc为热端和冷端温度;K为电藕臂的总传热率,它为K=kn An/ln +kp Ap/lp(1-4)式中kn、An、ln和kp、Ap、lp分别为n型和p型半导体材料的热导率、截面积和长度。
电流在电藕臂上放出的焦耳热Qj,即Qj=1/2 i平方(ln/PnAn+lp/PpAp)(1-5)令R= ln/PnAn+lp/PpAp则Qj=1/2 i平方R (1-6)式中Pn、Pp分别为n型和p型材料电藕臂的电阻率;R为总电阻。
所以Qh=K(Th-Tc)+1/2 i平方R (1-7)在稳定态工作时,冷端吸收的热量Qc为Qc=(阿尔法p-阿尔法n) I Tc- K(Th-Tc)-1/2 i平方R (1-8)从式(1-8)可以看出,当冷端没有热负载,即Qc=0时,通过的电流为最佳值(即Im=阿尔法p-阿尔法n Tc/R)时,冷、热两端建立起最大温差⊿Tmax,即⊿Tmax=1/2 Z Tc平方(1-9)而⊿Tmax与热端温度的关系为⊿Tmax=(√(1+2 Z Th)+1)平方/2Z (1-10)式中Z为温差半导体材料的品质因数,即Z=(阿尔法p-阿尔法n)平方/RK (1-11)由式(1-9)可知,冷、热两端产生的最大温差,主要取决于材料的品质因数Z。
在获得最大温差时,外电路的电压V为最大值,即V=Vmax(1-12)它由两部分组成,一是克服电藕臂的电阻电压降V0,即V0=ImaxR=(阿尔法p-阿尔法n)Tc (1-13)式中Imax为最大电流;R为电藕臂的电阻二是用来平衡由温差电动势E,即E=(阿尔法p-阿尔法n)(Th-Tc)(1-14)所以Vmax=(阿尔法p-阿尔法n)Tc (1-15)在最大温差时,所消耗的最大电功率Wmax为Wmax=(阿尔法p-阿尔法n)平方/R (Th-Tc)(1-16)③.实验支持:在实验中我选择单级5伏的半导体制冷器,分别测试了台式电脑在正常和超频情况下半导体制冷器的工作数据:实验电路如图(1-1)所示:在实验中保持CPU的温度为25摄氏度,测量出热端温度、电压表、电流表的数值分别为:正常由实验数据计算出功率P=UI超频由实验数据计算出功率P=UI2.3热管导热部分说明在本节,我主要探讨如何快速将热量带离热源,主要涉及热传递三种基本方式中的热传导方面。
电子技术近年来发展迅速,电子器件的高频、超高频以及集成电路的密集和小型化,使得单位容积电子器件的发热量迅速增大。
常用电子器件的工作温度一般范围为-5~+65摄氏度,超出这个范围,元件的性能将急剧下降,不能稳定工作,从而影响系统的稳定性和运行的可靠性。
研究资料①表明:单个半导体元件的温度升高10摄氏度,系统的可靠性降低50%。
所以电子技术的发展需要有良好的散热手段来保证。
这些手段要求具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需要维修等条件,最能满足这些条件的手段,当属热管技术。
所以在我设计的散热系统中,热管占有重要角色。
传统的台式计算机和笔记本的中央处理器(CPU)都是用微型风扇和翅片来冷却散热,散热量一般为2~4W。
但是随着计算机技术的飞速发展,高性能的CPU发热量增加了5~6倍,今后的发热量将会更大,达到5~12W甚至更高。
常规的自然散热方式及风扇强制散热都将难以满足要求,热管具有体积紧凑、无噪声、高度可靠性等优点,是首选的散热手段。
①.热管的结构:典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10负1--10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。
管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。
当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。
如此循环不己,热量由热管的一端传至另—端。
热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下六个相互关联的主要过程②:(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到(液--汽)分界面;(2)液体在蒸发段内的(液--汽)分界面上蒸发;(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;(4)蒸汽在冷凝段内的汽.液分界面上凝结:(5)热量从(汽--液)分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源:(6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。
②.热管基本特性:热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,具有以下基本特性:ⅰ.很高的导热性热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,热阻很小,因此具有很高的导热能力。