2 热设计的基础知识
2.1基本术语
2.1.1 热环境
设备或元器件的表面温度、外形及黑度，周围流体的种类、温度、压力及速度，每一个元器件的传热通路等情况
2.1.2 热特性
设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
2.1.3 热阻
热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W，可分为导热热阻，对流热阻，辐射热阻及接触热阻四类
（热扩展效应）
2.1.4 导热系数
表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃
2.1.5 对流换热系数
反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃
2.1.6 流阻
反映流体流过某一通道时所产生的压力差。单位帕斯卡或mm.H2O或巴
2.1.7 定性温度
确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度
2.1.8 肋片的效率
表示某一扩展表面单位面积所能传递的热量与在同样条件下光壁所能传递的热量之比
2.1.9 黑度
实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表
面状况、表面温度及表面颜色。
2.1.10 雷诺数R e(Reynlods)
雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。
2.1.11普朗特数P r(Prandtl)
普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。
2.1.12 格拉晓夫数G r(Grashof)
格拉晓夫数反映了流体所受的浮升力与粘滞力的相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则，G r越大，表面流体所受的浮升力越大，流体的自然对流能力越强。
2.1.13努谢尔特数N u(Nusseltl)
反映出同一流体在不同情况下的对流换热强弱，是一个说明对流换热强弱的相似准则。
2.1.14 传热单元数NTU
为无因次量，其数值反映了在给定条件下所需传热面积的大小，是一个反映冷板散热器综合技术经济性能的指标。
2.1.15 冷板的传热有效度E
衡量冷板散热器在传递热量方面接近于理想传热状况的程度，它定义为冷板散热器的实际传热量和理论传热量之比，为无因次量。
2.1.16 通风机的特性曲线
指通风机在某一固定转速下工作，静压、效率和功率随风量变化的关系曲线。当风机的出风口完全被睹住时，风量为零，静压最高；当风机不与任何风道连接时，其静压为零，而风量达到增大。
2.1.17 系统的阻力特性曲线
系统(或风道)的阻力特性曲线：是指流体流过风道所产生的压力随空气流量变化的关系曲线，与流量的平方成正比。
2.1.18 通风机工作点
系统(风道)的特性曲线与风机的静压曲线曲线的交点就是风机的工作点。
2.2几种容易混淆的概念
2.2.1温度与温升的区别
温度是量化介质热性能的一个指标，是一个绝对概念；
温升是指介质自身或介质间温度的变化范围，它总是相对于不同时刻或同一时刻的另一介质，是一个相对概念。
2.2.2 层流与紊流(湍流)
层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，流动阻力小；
紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，流动阻力大
12.2.5 风道的局部阻力与沿程阻力
局部阻力指由于风道的截面积发生变化而引起的压力损失；
沿程阻力指由于流体粘性而引起的压力损失
2.2.4 表征温度的方式
表征介质温度的方式有三种：摄氏温度，绝对温度，华氏温度，它们的换算关系如下：T K＝273＋T c, T c=5(T F-32)/9 2.3 热量传递的基本方式及传热方程式
热量传递有三种方式：导热、对流和辐射，它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现
2.3.1导热的基本方程：
Q＝λF导△t=△t/R导 (1)
λ---- 导热系数，W/m.K或W/m.℃; F导--- 导热面积，m2
△T---- 温差，℃; R
导----- 导热热阻, ℃/W
2.3.2 对流的基本方程：
Q＝αF对△t=△t/R对 (2)
α---- 对流换热系数，W/m2.K或W/m2.℃; F对--- 有效对
流换热面积，m2
△T---- 温差，℃; R对流----- 对流
热阻, ℃/W
2.3.3 辐射的基本方程：
Q＝5.67×10-8ε12f12F辐射(T14-T24) (3)
ε12---- 系统黑度，ε12＝1/(1/ε1+1/ε2-1)
ε1，ε2----分别为物体1和物体2的黑度; f12------ 角系数
F辐射---物体的辐射面积，m2; T1, T2--分别为物体1和物体2的绝对温度，K
2.4 热电模拟
热电模拟法是用电气工程师熟悉的电路网络表示方法来处理热设计问题，将热流量(功耗)模拟成电流；温差模拟成电压(或电位差)；热阻模拟成电阻，热导模拟成电导；热容模拟成电容。
温度(温差) 是引起热流量传递的“电位”；恒温热源等效于理想的恒压源；恒定的热流源等效于理想的电流源。热沉等效于“接地”或“地线”，所有的热源和热回路均与其相连，形成热电模拟网络，导热、对流和辐射换热的区域均可用热阻来处理。
热路的串联与并联等效于电路的串联与并联，串联的热阻为个部分热阻之和，并联的热阻的倒数等于各部分热阻的倒数之和。
2.5 热网络法
为了能够对多种传热方式及多种传热路径进行热计算，我们把导热、对流和辐射换热的区域均可用热阻来处理，列出不同节点间的传热方程，求解联立方程组，即可得出各节点的结温，对比较复杂的情况，需利用计算机进行求解。
3 产品的热设计指标［1］［2］［8］
3.1 散热器的表面温度最高处的温升在环境温度最大为40℃的条件下，应小于45℃.
3.2 模块内部空气的温升应小于15℃。
3.3 元器件的热设计指标［1］［2］［8］
元器件的热设计指标应符合《元器件降额规范》，具体指标如下：
3.3.1 功率器件的工作结温应小于最大结温的(0.5-0.8)倍
对额定结温为175℃的功率器件, 工作结温小于140℃.
对额定结温为150℃的功率器件, 工作结温小于120℃.
