电脑外散热器设计
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了解电脑机箱散热设计电脑机箱是电脑的外壳,它不仅仅是为了美观,更重要的是为了保护电脑内部硬件,并为其提供良好的散热环境。
在选择电脑机箱时,了解电脑机箱的散热设计是非常重要的。
本文将介绍电脑机箱散热设计的相关知识。
一、机箱散热设计的重要性随着电脑硬件的不断升级,电脑的散热问题变得越来越重要。
电脑运行时会产生大量的热量,如果无法及时排出,会导致硬件温度过高,从而影响电脑的性能甚至损坏硬件。
因此,良好的机箱散热设计对于电脑的稳定运行至关重要。
二、机箱散热设计的原理1. 散热方式机箱散热设计通常采用四种方式:自然散热、风扇散热、水冷散热和热管散热。
自然散热是利用机箱内部的空气流动来进行散热,效果较差;风扇散热是通过风扇产生的气流将热量带走,是目前最常用的散热方式;水冷散热采用水冷系统将热量传导到散热器,效果更好;热管散热利用热管中的工质传导热量,适用于狭小空间的散热。
2. 散热布局在机箱内部布局散热器时,应考虑到热量的产生和排出。
通常,散热器应位于电脑内部热量最多的位置,如处理器和显卡上。
同时,还应充分利用机箱内部的风道和散热孔,以提高散热效果。
此外,还可以通过安装散热风扇、散热片等辅助散热设备来提升散热效果。
三、常见的机箱散热设计1. 散热孔设计机箱通常会在一定位置设置散热孔,用于排出热量和进风散热。
散热孔应设置在电脑硬件热量较高的位置,如处理器和显卡位置。
合理的散热孔设计能够提高机箱的通风性能,从而有效降低硬件温度。
2. 散热风扇设计散热风扇是机箱散热设计中常用的设备之一。
一般情况下,机箱上会设置一到多个散热风扇,用于排出热量并增加空气循环,以保持机箱内部的稳定温度。
散热风扇的数量和大小应根据机箱内部硬件的热量产生情况来确定。
3. 散热管设计散热管是一种常见的散热器件,它能够将热量从热源处传导到散热器,并通过风扇的辅助散热来降低硬件温度。
散热管的设计应考虑到硬件的热量分布和散热器的布局,以保证热量能够有效传导和散热。
电脑散热系统的设计与优化随着电子科技的飞速发展,电脑已经成为我们日常生活中不可或缺的工具。
然而,随之而来的问题是电脑散热不足导致的性能下降和硬件损坏。
因此,设计和优化电脑散热系统变得尤为重要。
本文将探讨电脑散热系统的设计原则以及一些优化策略。
一、散热设计原则1. 空气流动的优化为了确保电脑内部的稳定供气,散热系统的设计应该优化空气流动。
主要的设计原则包括:(1)冷风的引入和热风的排出:确保冷风能够从电脑的前部进入,沿着主板和散热器之间的通道流动,然后将热风从电脑后部排出。
(2)避免死角:在电脑内部的设计过程中,应该避免形成死角,即尽量避免空气流动受阻的区域。
这可通过合理布置散热器和风扇来实现。
2. 散热器的选择和布置散热器是电脑散热系统的核心组件,其选择和布置对散热性能有着重要影响。
以下是一些建议:(1)根据电脑的使用情况选择合适的散热器:对于游戏或高性能应用程序使用频繁的电脑,应选择散热性能更好的散热器。
(2)合理布置散热器和风扇:根据电脑的内部结构和配置,将散热器和风扇布置在最容易获取热量的部件上,如CPU和显卡。
3. 合理使用散热材料散热材料是优化散热系统的关键。
以下是一些建议:(1)热传导性能好的散热材料:在接触散热部件和散热器之间使用热传导性能好的散热材料,如热导胶,以提高传热效率。
(2)散热材料的密封性:确保散热材料的接触面与部件表面完全贴合,以减少热量的散失。
二、优化策略1. 清洁电脑内部长期使用后,电脑内部可能积聚灰尘和杂物,影响空气流动和散热效率。
因此,定期清洁电脑内部是优化散热系统的重要策略。
2. 锁定合适的功耗根据电脑的使用情况和性能要求,合理调整功耗可以降低电脑的热量产生。
例如,在不需要高性能的情况下,可以降低CPU和显卡的工作频率。
3. 风扇转速的控制控制风扇的转速可以直接影响散热效率和噪音水平。
使用风扇控制软件,根据温度变化调整风扇的转速,以提供最佳散热效果和舒适的使用体验。
CPU散热器的散热风道设计及风扇匹配CPU散热器作为计算机硬件中的重要组成部分,起到了散热降温的关键作用。
为了保证CPU的正常运行以及延长其使用寿命,合理的散热风道设计和合适的风扇匹配是至关重要的。
本文将对CPU散热器的散热风道设计和风扇匹配进行探讨,以满足CPU降温的需要。
一、散热风道设计CPU散热风道的设计是为了提高散热器的散热效果,合理引导热风流动,促进散热过程。
在散热风道设计中,需要考虑以下几个因素:1. 散热材料选择散热器的散热效果与散热材料的导热性能密切相关。
常见的散热材料有铜和铝。
虽然铜的导热性能更好,但铝的散热性能同样出色,而且价格更为实惠。
因此,在选择散热材料时需根据实际情况综合考虑。
2. 散热器的结构设计散热器的结构设计需要考虑到其在电脑机箱中的布置位置,以及与其他硬件的配合情况。
通常情况下,散热器应与CPU密切接触,以保证热量能够快速传导到散热器表面,然后通过风扇排出。
同时,在散热器的结构设计中,需要合理设置热风流通的通道,保证热风能够迅速被排出。
3. 散热风道的路径设计散热风道的路径设计需要遵循热风流动的规律,合理设置进风口和出风口,以提高散热风道的通风效果。
常见的散热风道设计有“U”型、“Z”型和直线型等。
其中,“U”型设计相对来说更加合理,能够更高效地引导热风流动,达到降温效果。
二、风扇的匹配风扇的选用直接影响着CPU散热效果的好坏。
在风扇的匹配中,需要注意以下几个方面:1. 散热风扇的尺寸选择风扇的尺寸要与散热器的尺寸相匹配,以保证能够完全覆盖散热器表面,并且不会造成任何遮挡。
一般来说,散热风扇的尺寸越大,转速越低,噪音越小,但是风量也相对较小。
而较小的散热风扇则更容易产生噪音,但风量相对较大。
因此,需要根据实际需求选择合适的尺寸。
2. 风扇的转速控制风扇的转速控制是保证散热风扇正常工作的关键。
过低的转速可能导致散热效果不佳,过高的转速则会增加噪音。
为了达到最佳的散热效果,可以采用PWM调速技术,根据CPU的温度变化自动调整风扇的转速,以保持稳定的散热效果。
散热设计方案随着科技的不断发展,现代电子设备的性能越来越强大,处理器、图形芯片、服务器等的功耗也在不断增加。
而高效的散热设计方案是保证设备正常运行的关键。
本文将探讨一些散热设计方案,以满足不同设备的散热需求。
1. 散热原理在谈论散热设计方案之前,我们首先需要了解散热的原理。
散热的主要方式有三种:传导、传导和对流。
热传导是指热量通过物体中的分子传播的过程。
热辐射则是指物体通过辐射热量。
最后,热对流是热量通过流体(一般是空气)的对流传递。
2. 散热设计方案的基本要素一个高效的散热设计方案需要考虑以下几个基本要素:(1) 散热器:散热器是散热设计中最重要的组件之一。
它通过增加散热表面的面积来提供更大的热量交换。
通常,散热器由金属制成,如铝或铜,因为金属能更好地导热。
(2) 风扇:风扇通过增加空气流动来加速散热器上的热量交换。
风扇的大小和转速应根据设备的散热需求进行选择。
同时,风扇的噪音和功耗也是需要考虑的因素。
(3) 散热剂:散热剂是指在散热过程中使用的介质。
常见的散热剂包括水,空气和液态金属。
选择散热剂时需要考虑其导热性、稳定性和使用环境的特殊要求。
3. 不同设备的由于不同设备的功耗和散热需求不同,其散热设计方案也会有所不同。
以下是几种常见设备的散热设计方案:(1) 个人电脑:个人电脑通常采用散热器和风扇的组合来散热。
在高性能游戏机箱中,设计师通常会使用大型散热器和两个或更多的风扇来确保足够的散热。
(2) 服务器:服务器使用散热塔来提供更大的散热表面积。
服务器散热器通常由许多薄片组成,以增加热量交换效果。
此外,服务器通常采用双风扇设计,以确保足够的空气流动。
(3) 汽车发动机:汽车发动机的散热设计方案通常包括散热器、风扇和循环液。
散热器通过将发动机冷却液流过散热器来散热。
风扇可以通过增加空气流动来加速散热。
循环液则用于在发动机和散热器之间传递热量。
4. 创新的随着科技的进步,一些创新的散热设计方案正在不断涌现。
散热器设计的基本计算一、概念1、热路:由热源出发,向外传播热量的路径。
在每个路径上,必定经过一些不同的介质,热路中任何两点之间的温度差,都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻,就像电路中的欧姆定律,与电路等效关系如下。
2、热阻:在热路中,各种介质及接触状态,对热量的传递表现出的不同阻碍作用——在热路中产生温度差,形成对热路中两点间指标性的评价。
符号——Rth 单位——℃/W。
✓稳态热传递的热阻计算: R th= (T1-T2)/PT1——热源温度(无其他热源)(℃)T2——导热系统端点温度(℃)✓热路中材料热阻的计算: R th=L/(K·S)L——材料厚度(m)S——传热接触面积(m2)3、导热率:是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。
符号——K or λ单位——W/m-K,二、热设计的目标1、确保任何元器件不超过其最大工作结温(T jmax)✓推荐:器件选型时应达到如下标准民用等级:T jmax≤150℃工业等级:T jmax≤135℃军品等级:T jmax≤125℃航天等级:T jmax≤105℃✓以电路设计提供的,来自于器件手册的参数为设计目标2、温升限值器件、内部环境、外壳:△T≤60℃器件每升高2℃,可靠性下降10%;器件温升为50℃时,寿命只有温升25℃的1/6,电解电容温升超过10℃,寿命下降1/2。
三、计算1、TO220封装+散热器1)结温计算✓热路分析热传递通道:管芯j→功率外壳c→散热器s→环境空气a注:因Rth ca较大,忽略不影响计算,故可省略。
Rth ja≈Rth jc+Rth cs+Rth sa≈(T结温-T环温)/P✓条件Rth jc——器件手册查询Rth cs——材料热阻:R th绝缘垫=L绝缘垫厚度/(K绝缘垫·S绝缘垫接触c的面积)Rth sa——散热器热阻曲线图查询T结温——器件手册查询(待计算数值)T环温——任务指标中的工作环境要求P ——电路设计计算✓计算T结温=(Rth jc+Rth cs+Rth sa)·P+T环温<手册推荐结温✓注:注意单位统一;判定结温温升限值是否符合。
散热器尺寸设计计算办法
一、散热器尺寸设计原则
1、尽量缩短散热器和机械系统之间的体积,减少机械阻力。
2、尽量减少散热器尺寸,为后期组装及安装提供更多空间。
3、尽量增大内外表面积,保证散热器合理及有效的使用散热效率。
4、按照热负荷型号确定体积大小,且尽量压缩散热器尺寸,即减少散热器长度和宽度,以提高热传导效率。
二、散热器尺寸设计具体计算
1、热负荷计算:
热负荷是指每小时需要外界加热源提供的热量,单位是千焦(KJ)。
一般将热负荷分为三种:
(1)有固定输入功率的机械设备
由机械设备的实际功率可计算出机械设备的需要加热的热量,即机械设备的热负荷。
(2)有固定温度的机械设备
机械设备的热负荷可由其温度的改变量和密度等物理参数计算出来,具体计算公式为:
热负荷=物体所换热量(KJ)=易蒸发量(Kg)*全比焓*温差(℃)(3)有固定温升量的机械设备
机械设备的热负荷可由其实际功率及温升量计算出来,具体计算公式为:。
散热器方案设计随着科技的发展和进步,电子设备在我们的生活中变得越来越普遍,而散热器作为电子设备不可或缺的一部分,其重要性不容忽视。
本文将介绍散热器方案设计的基本概念和步骤,帮助读者了解如何设计一个高效、可靠的散热器方案。
一、散热器方案设计的基本概念散热器是用于将电子设备产生的热量散发到周围的空气中的装置。
在设计散热器方案时,需要考虑以下因素:1、热源:电子设备产生的热量是散热器设计的主要考虑因素。
了解设备的工作原理和发热情况,确定热源的位置和热量大小,有助于设计合适的散热器。
2、散热面积:散热面积是散热器与空气接触的表面积,它直接影响到散热器的散热效果。
在设计时,需要根据设备的大小和发热情况来确定合适的散热面积。
3、气流速度:气流速度是指空气流过散热器的速度。
提高气流速度有助于加快热量的散发,但同时也会增加噪音。
因此,在设计时需要平衡散热效果和噪音水平。
4、散热器的材料:不同材料的导热性能和重量不同,需要根据设备的特性和使用环境选择合适的材料。
二、散热器方案设计的步骤1、确定设计方案:根据设备的尺寸、发热情况和环境要求,确定散热器的形状、尺寸和材料。
2、建立模型:利用计算机软件建立散热器的三维模型,进行模拟测试。
这有助于发现设计方案中的问题,并进行改进。
3、样品制作:根据最终设计方案制作散热器样品,进行实际测试。
测试内容包括散热效果、噪音水平等。
4、测试与优化:对样品进行测试,收集数据并进行分析。
根据测试结果对设计方案进行优化,以提高散热器的性能。
5、生产准备:完成最终设计后,准备生产所需的材料和设备,制定生产流程,并对生产人员进行培训。
6、质量检测:对生产出的散热器进行质量检测,确保其符合设计要求和相关标准。
7、包装与配送:根据客户要求进行包装,选择合适的配送方式将散热器送达客户手中。
三、总结设计一个高效、可靠的散热器方案需要考虑多个因素,包括热源、散热面积、气流速度和散热器的材料等。
遵循确定设计方案、建立模型、样品制作、测试与优化、生产准备、质量检测和包装与配送等步骤,有助于确保散热器方案的顺利进行和最终产品的质量。
笔记本电脑的散热系统设计笔记本电脑已经成为了我们生活中不可或缺的工具之一,它的便携性和灵活性让它成为了很多人的首选设备。
但是,随着硬件性能的越来越强大,笔记本电脑的散热问题也愈发突出。
因此,笔记本电脑的散热系统设计变得至关重要。
1. 为什么需要良好的散热系统设计散热系统设计是一款笔记本电脑必须考虑的问题。
在使用电脑的过程中,处理器和显卡等主要组件工作时会产生大量的热量。
如果这些热量不能得到及时有效地散发,那么电脑的温度会不断升高,甚至导致预料之外的关机等问题,从而给用户带来很多不便。
此外,高温还会导致电脑内部零部件的老化和损坏,例如硬盘、内存等。
因此,一个优秀的散热系统设计会延长笔记本电脑的使用寿命,减少用户维修的成本,提升用户的使用体验。
2. 笔记本电脑散热系统设计相关硬件笔记本电脑的散热系统设计有很多硬件部件参与。
首先,CPU和GPU要发挥它们的能力,需要足够的能量。
因此,散热系统设计的第一个问题是如何为CPU和GPU提供足够的电力。
一款笔记本电脑一般采用蓄电池供电,因此电源管理是一项重要的工作,包括功率转换器和晶体管技术,用以保证系统能够在不同电量模式中自动调整,以提高电池寿命。
其次,散热器是笔记本电脑散热系统中最重要的部件之一,可有效地将热量散发到周围。
笔记本电脑散热器设计应考虑散热面积、散热器材质以及冷却风扇等因素。
最后,笔记本电脑内部的散热管道也非常重要。
散热管道设计的相关参数包括材料、长度、直径、热传导系数、弯曲角度等,它们会影响散热效果和散热风扇的转速,以及笔记本电脑的噪音等。
3. 散热系统设计的优化方案针对笔记本电脑散热设计的优化方案有很多,下面介绍其中几个。
首先,改进散热面积。
散热面积是决定散热能力的主要因素,增加散热面积能够有效提高散热效果。
优秀的散热面积设计可以通过扩大散热器的面积,或者使用附加散热器、散热片等附件来实现。
其次,加强风扇的风力。
风扇是散热系统中非常重要的一个组件,是决定散热效果的关键所在。
散热器尺寸设计计算方法
1.确定散热器的散热要求:根据设备功率和工作环境的最高温度,计
算出散热器需要散发的热量。
2.计算表面积:散热器的表面积与散热能力直接相关,表面积越大,
散热能力越强。
可以通过以下公式计算表面积:
表面积=热量/散热系数/温度差
其中,热量是散热器需要散发的热量,散热系数是散热器的散热能力
的衡量指标,温度差是设备工作温度与环境温度的差值。
3.确定散热器的高度、宽度和厚度:散热器的高度、宽度和厚度决定
了其表面积。
高度:高度可以根据散热器安装位置和空间约束来确定,一般可以选
择设备高度的1-2倍。
宽度:宽度可以根据散热器的表面积和高度来计算,计算公式为:
宽度=表面积/(高度*2)
厚度:厚度一般根据散热器的制造工艺和散热器的材料来确定,一般
选择1-3mm。
4.进行热流模拟:可以使用有限元分析等软件对散热器进行热流模拟,验证设计的合理性和效果。
5.对散热器设计进行优化:根据实际情况,对散热器的尺寸进行调整
和优化,以提高散热性能。
值得注意的是,散热器的尺寸设计仅仅是一个初步的估算和设计,实际制造时还需要考虑材料的热导率、散热片的间距和密度等因素。
此外,不同类型的散热器(如风冷散热器、水冷散热器)的尺寸设计方法也有所差异,需要根据具体的散热器类型进行相应的设计计算。
总之,散热器尺寸设计是一个综合考虑功率、散热要求、工作环境等因素的过程,需要综合运用工程经验、计算公式和热力学原理,以保证散热器的散热效果和设备的稳定运行。
显卡的散热器设计和风扇控制散热是电子设备中一个重要的问题,而显卡作为电脑中的核心组件之一,其散热器设计和风扇控制尤为关键。
本文将围绕显卡的散热器设计和风扇控制进行探讨,并提出一些改进的建议。
一、散热器设计在显卡的散热器设计中,散热效率和噪音控制是两个主要的考虑因素。
首先,散热器的结构设计应具备良好的热传导特性,以确保显卡在高负载下的稳定工作。
一种常见的散热器设计是采用导热管技术,将显卡芯片上的热量快速传输到散热鳍片上,并通过空气流动将热量散发出去。
此外,散热鳍片的面积和排列方式也要考虑,以增加散热面积,提高散热效率。
其次,散热器的材质选择也至关重要。
铝合金是一种性能良好的材质,具有良好的导热性和轻便性,适合用于散热器的制作。
同时,散热器的表面处理也要考虑,以增加热量散发面积,提高散热效果。
同时,噪音控制也是散热器设计中的一个重要方面。
显卡散热器通常采用风扇辅助散热,但风扇的运转会产生噪音。
为了降低噪音,可以采用双风扇设计,将热量均匀地分散释放出去,减少单一风扇的负荷,从而降低噪音水平。
此外,风扇的质量和设计也会影响噪音水平,应选择性能良好的风扇,并合理设计风扇的叶片角度和数量,以降低噪音。
二、风扇控制风扇控制是显卡散热系统中的关键环节,可以根据显卡的温度情况智能调节风扇的转速,以达到最佳的散热效果和噪音控制。
在风扇控制方面,可以采用两种方式:传感器反馈控制和软件控制。
传感器反馈控制方式是通过在显卡上安装温度传感器,实时监测显卡芯片的温度情况,并根据预设的温度范围和转速曲线,自动调节风扇的转速。
这种方式可以实现快速响应和较高的精度,但需要在显卡设计阶段进行硬件布置。
软件控制方式是通过显卡驱动软件或第三方软件,调节风扇的转速。
用户可以根据自己的需求,在软件中设置风扇转速和温度曲线,以满足自己对散热和噪音的要求。
这种方式灵活性较高,但需要保证软件的兼容性和稳定性。
对于风扇控制而言,还可以考虑风扇启停技术。
毕业设计(论文)(说明书)题目:电脑外散热器设计姓名:编号: 20092000181平顶山工业职业技术学院年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书姓名李保峰专业机械设计与制造任务下达日期年月日设计(论文)开始日期年月日设计(论文)完成日期年月日设计(论文)题目:电脑外散热器设计A·编制设计B·设计专题(毕业论文)指导教师刘卷生系(部)主任张君年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)答辩委员会记录机械系机械设计与制造专业,学生李保峰于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。
设计题目:专题(论文)题目:电脑外散热器设计指导老师:刘卷生答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生李保峰毕业设计(论文)成绩为。
答辩委员会人,出席人答辩委员会主任(签字):答辩委员会副主任(签字):答辩委员会委员:,,,,,,平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第页毕业设计(论文)及答辩评语:目录第1章引言1.1设计的意义 (1)1.2.散热的方式 (1)1.3设计方案绍 (2)1.4设计原理 (2)第2章散热器的基本结构及工作原理 (7)2.1变流机构 (7)2.2传热机构 (8)2.3传热介质 (8)2.4外形框架 (8)2.5半导体制冷片材料 (11)第3章制冷数据 (15)3.1制冷效率 (15)3.2闪热片数据 (15)第4章总结 (15)4.1小结 (15)4.2鸣谢 (16)第1章引言1.1设计的意义计算机部件中大量使用集成电路。
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。
散热器的种类非常多,CPU、显卡、主板芯片组、硬盘、机箱、电源甚至光驱和内存都会需要散热器,这些不同的散热器是不能混用的,而其中最常接触的就是CPU的散热器。
综合考虑每样硬件不能都加一个散热器,这样反而适得其反,其耗电量也是非常大的。
对于手提电脑,为达到散热和省电兼得的目的,一个外在的散热器是必要的,尤其是在夏季。
1.2散热的方式热方式是指该散热器散发热量的主要方式。
在热力学中,散热就是热量传递,而热量的传递方式主要有三种:热传导,热对流和热辐射。
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。
比如,CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量的方式就属于热传导。
热对流指的是流动的流体(气体或液体)将热带走的热传递方式,在电脑机箱的散热系统中比较常见的是散热风扇带动气体流动的“强制热对流”散热方式。
热辐射指的是依靠射线辐射传递热量,日常最常见的就是太阳辐射。
这三种散热方式都不是孤立的,在日常的热量传递中,这三种散热方式都是同时发生,共同起作用的。
实际上,任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式,只是侧重点不同罢了。
比如普通的CPU风冷散热器,CPU散热片与CPU表面直接接触,CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片;散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走;而机箱内空气的流动也是通过热对流将CPU 散热片周围空气的热量带走,直到机箱外;同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。
散热器的散热效率散热器材料的热传导率,散热器材料和散热介质的热容以及散热器的有效散热面积等等参数有关。
依照从散热器带走热量的方式,可以将散热器分为主动散热和被动散热,前者常见的是风冷散热器,而后者常见的就是散热片。
进一步细分散热方式,可以分为风冷,热管,液冷,半导体制冷,压缩机制冷等等。
1.3设计介绍这里采用半导体制冷和液体制冷混合的方式,运用散热片将蒸馏水冷却,再以冷却水给电脑散热,已达到散热的方式。
通过电源整流器将交流电转变成直流电直接输入电流,上吸热片制冷,散热片通过外包铜皮将电脑传给液体的热量吸收,转变为下散热片的热量,再通过下散热片铜皮将热量传给液体,液体再散热,这里散热片不能直接接触液体,所以需要铜片传递热量,通过电脑——液体——铜皮——吸热片——散热片——铜片——液体的方式达到散热。
1.4设计运用原理原理上,半导体的制冷片只能算是一个热传递的工具,虽然制冷片会主动为芯片散热,但依然要将热端的高于芯片的发热量散发掉。
在制冷片工作期间,只要冷热端出现温差,热量便不断地通过晶格的传递,将热量移动到热端并通过散热设备散发出去。
因此,制冷片对于芯片来说是主动制冷的装置,而对于整个系统来说,只能算是主动的导热装置,因此,采用半导体制冷装置的ZENO96智冷版,依然要采取主动散热的方式对制冷片的热端进行降温。
风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热,通常热端的温度在没有散热装置的时候会达到100度左右,极易超过制冷片的承受极限,而且半导体制冷效率的关键就是要尽快降低热端温度以增大两端温差,提高制冷效果,因此在热端采用大型的散热片以及主动的散热风扇将有助于散热系统的优良工作。
在正常使用情况下,冷热端的温差将保持在40~65度之间。
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时,在这个电路中接通直流电流后,就能产生能量的转移,电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量,成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量,成为热端。
吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定,以下三点是热电制冷的温差电效应。
1、塞贝克效应(SEEBECKEFFECT)半导体制冷片一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时,如两个连接点保持不同的温差,则在导体中产生一个温差电动势:ES=S.△T式中:ES为温差电动势S为温差电动势率(塞贝克系数)△T为接点之间的温差2、珀尔帖效应(PELTIEREFFECT)一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应,即当电流流经两个不同导体形成的接点时,接点处会产生放热和吸热现象,放热或吸热大小由电流的大小来决定。
Qл=л.Iл=aTc式中:Qπ为放热或吸热功率π为比例系数,称为珀尔帖系数I为工作电流a为温差电动势率Tc为冷接点温度3、汤姆逊效应(THOMSONEFFECT)当电半导体制冷片流流经存在温度梯度的导体时,除了由导体电阻产生的焦耳热之外,导体还要放出或吸收热量,在温差为△T的导体两点之间,其放热量或吸热量为:Qτ=τ.I.△TQτ为放热或吸热功率τ为汤姆逊系数I为工作电流△T为温度梯度以上的理论直到本世纪五十年代,苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究,于一九五四年发表了研究成果,表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果,这是最早的也是最重要的热电半导体材料,至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。
约飞的理论得到实践应用后,有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数,才达到相当水平,得到大规模的应用,也就是我们现在的半导体制冷片件。
优点和特点半导体半导体制冷片制冷片作为特种冷源,在技术应用上具有以下的优点和特点:1、不需要任何制冷剂,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。
2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于1。
因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下,通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
7、半导体制冷片的温差范围,从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
第二章散热器的基本结构及工作原理2.1变流机构电路图:2.2传热机构30X30散热片数据:TEC1—07105,Imax 5A,△Tmax >66, Vmax 8.40 LxBxH(mm) 30x30x3.92.3传热介质蒸馏水。
用普通水会留下杂质,水垢,所以这里采用蒸馏水。
2.4外形框架2.5半导体制冷片材料A VIoffe和AFIoffe指出,在同族元素或同种类型的化合物质间,晶格热导率Kp随着平均原子量A的增长呈下降趋势。
RWKeyes通过实验推断出,KpT近似于Tm3/2ρ2/3A-7/6成比例,即近似与原子量A成正比,因此通常应选取由重元素组成的化合物作为半导体制冷材料。
半导体制冷材料的另一个巨大发展是1956年由AFIoffe等提出的固溶体理论,即利用同晶化合物形成类质同晶的固溶体。
固溶体中掺入同晶化合物引入的等价置换原子产生的短程畸变,使得声子散射增加,从而降低了晶格导热率,而对载流子迁移率的影响却很小,因此使得优值系数增大。
例如50%Bi2Te3-50%Bi2Se3固溶体与Bi2Te3相比较,其热导率降低33%,而迁移率仅稍有增加,因而优值系数将提高50%到一倍。
Ag(1-x)Cu(x)Ti Te、Bi-Sb合金和YBaCuO超导材料等曾经成为半导体制冷学者的研究对象,并通过实验证明可以成为较好的低温制冷材料。
下面将分别介绍这几种热电性能较好的半导体制冷材料。
二元Bi2Te3-Sb2Te3和Bi2Te3-Bi2Se3固溶体二元固溶体,无论是P型还是N型,晶格热导率均比Bi2Te3有较大降低,但N型材料的优值系数却提高很小,这可能是因为在Bi2Te3中引入Bi2Se3时,随着Bi2Se3摩尔含量的不同呈现出两种不同的导电特性,势必会使两种特性都不会很强,通过合适的掺杂虽可以增强材料的导电特性,提高材料的优值系数,但归根结底还是应该在本题物质上有所突破。
三元Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3固溶体Bi2Te3 和Sb2Te3是菱形晶体结构,Sb2Se3是斜方晶体结构,在除去大Sb2Se3浓度外的较宽组份范围内,他们可以形成三元固溶体。
无掺杂时,此固溶体呈现P型导电特性,通过合适的掺杂,也可以转变为N型导电特性。
在二元固溶体上添加Sb2Se3有两个优点:首先是提高了固溶体材料的禁带宽度。