换热器原理与设计第二章电子设备用肋片式散热器ppt课件

1、第2章 电子设备用肋片式散热器2.1 概述概述2.2 肋片散热器的传热性能肋片散热器的传热性能2.3 肋片散热器设计肋片散热器设计2.4 肋片散热器在工程运用中的假设干问肋片散热器在工程运用中的假设干问题题经过肋片的导热经过肋片的导热第三类边境条件下经过平壁的一维稳态导热：第三类边境条件下经过平壁的一维稳态导热：为了降低元器件温度可以采取哪些措施为了降低元器件温度可以采取哪些措施?W 112121AhAAhttff减小热阻：减小热阻： a) 金属壁普通很薄金属壁普通很薄( 很小很小)、热导率很大，故导热热阻普通可忽、热导率很大，故导热热阻普通可忽略略b) 增大增大h1、h2，但提高，但提高h1

2、、h2并非恣意的并非恣意的c) 增大换热面积增大换热面积 A 也能添加传热量也能添加传热量 工程中常用的肋片工程中常用的肋片 等截面肋：矩形肋，圆形肋等图等截面肋：矩形肋，圆形肋等图2-1a、b 变截面肋：梯形肋，三角形肋等图变截面肋：梯形肋，三角形肋等图2-1c、d 国内目前主要采用的散热器系列国内目前主要采用的散热器系列 叉指形散热器叉指形散热器GB7423.3-87,如如图图2-2； 型材散热器型材散热器GB7423.2-87,如图如图2-3 。 叉指形散热器叉指形散热器适宜于中、小功率适宜于中、小功率器件的散热；型材器件的散热；型材散热器适宜于中功散热器适宜于中功率器件的散热。率器件的

3、散热。在一些换热设备中，加装肋片是增大换热面积的重要手段在一些换热设备中，加装肋片是增大换热面积的重要手段肋壁：直肋、环肋；等截面、变截面肋壁：直肋、环肋；等截面、变截面2 肋片效率肋片效率 为了从散热的角度评价加装肋片后换热效果，引进肋为了从散热的角度评价加装肋片后换热效果，引进肋片效率片效率0基温度下的散热量假设整个肋表面处于肋实际散热量肋片效率f添加的换热面其换热情况不同与基面2.2 肋片散热器的传热性能取如下图的单个等截面矩形肋进展分析。取如下图的单个等截面矩形肋进展分析。肋片分析的前提：肋片分析的前提： 肋片资料的导热系数肋片资料的导热系数为常数；为常数； 肋片外表的对流换热系数肋片

4、外表的对流换热系数为常数；为常数； 周围环境温度为常数；周围环境温度为常数； 肋高肋高l远大于肋厚远大于肋厚； 肋片内部无热源。肋片内部无热源。定义肋效率：定义肋效率：0fQQ肋片实际散热量按肋片基部温度计算的散热量 在上述分析条件下，经过能量守恒定律及傅立叶导热定律，可以得在上述分析条件下，经过能量守恒定律及傅立叶导热定律，可以得到肋片效率的计算公式为：到肋片效率的计算公式为：th()cfcmlml 对流换热系数； 肋片导热系数U 横截面周长； lc 当量肋高； AC 横截面面积。cUmA工程中肋片散热量的计算步骤：工程中肋片散热量的计算步骤： 计算当量肋高计算当量肋高等截面矩形肋等截面矩形

5、肋/2cll 三角形肋三角形肋 =cll矩形截面环行肋矩形截面环行肋101=/22ccl rrllrrl 计算或查肋效率计算或查肋效率 计算理想情况下的肋片散热量计算理想情况下的肋片散热量等截面矩形肋等截面矩形肋00()cfQUl tt三角形肋三角形肋00()cfQUl tt2200102 ()()fQrrtt矩形截面环行肋矩形截面环行肋 肋片实践散热量肋片实践散热量0fQQ图图 214图图 215热阻thAtAAhthAthAffPffP0)(001)()(1hARAAAAffPfP2.3 肋片散热器设计 一、加肋有利条件一、加肋有利条件 定义毕渥数定义毕渥数2Bi肋片内部导热热阻外表面对流

6、热阻实际推导的加肋有利条件：实际推导的加肋有利条件：1Bi 等截面矩形肋和三角形肋，实验证明的加肋有利条件：等截面矩形肋和三角形肋，实验证明的加肋有利条件：Bi0.25因此设计肋片时应留意：因此设计肋片时应留意： 为了减小为了减小Bi数，肋片资料的导热系数应选得大，肋片厚数，肋片资料的导热系数应选得大，肋片厚度以薄为宜；度以薄为宜； 为了使为了使Bi数小，散热肋片应置于外表传热系数较小的一数小，散热肋片应置于外表传热系数较小的一侧普通宜放在空气侧。侧普通宜放在空气侧。 二、针肋散热器二、针肋散热器空气垂直流过交叉陈列圆形和菱形针肋的准那么方程空气垂直流过交叉陈列圆形和菱形针肋的准那么方程0.2

7、81/31.4NuRePr 式中式中Re=ud/，其中，其中u为空气流速，为空气流速，d为针径，为针径，为空气运动粘度。定性温度为空气运动粘度。定性温度取针状散热器外表平均温度与环境空气温度的算术平均。取针状散热器外表平均温度与环境空气温度的算术平均。针肋的效率：针肋的效率：th()fmlml 圆柱形针肋：圆柱形针肋：4md 矩形针肋：矩形针肋：UmA 其中其中d为圆柱形针肋的直径，为圆柱形针肋的直径，U为矩形针肋的横截面周长，为矩形针肋的横截面周长，A为横截面积，为横截面积，为由上面准那么方程得出的肋外表对流换热系数，为由上面准那么方程得出的肋外表对流换热系数，为肋资料的导热系数。为肋资料的

8、导热系数。 三、肋片参数的优化三、肋片参数的优化在工程设计中，肋片高度：在工程设计中，肋片高度：3lm过份添加高度，不仅散热量不添加，相反地还将添加肋片分量。过份添加高度，不仅散热量不添加，相反地还将添加肋片分量。表表2-1给出了几种肋片图给出了几种肋片图2-8的设计参数值。的设计参数值。 设计肋片时，可参考表设计肋片时，可参考表2-2所列的物理特性参数比较结果所列的物理特性参数比较结果来选用资料。来选用资料。6.4 肋片散热器在工程运用中的假设干问题 一、散热器消费、运用的技术要求一、散热器消费、运用的技术要求 普通均选用铝材或铝型材作为散热器的资料；普通均选用铝材或铝型材作为散热器的资料；

9、 为提高散热器的辐射散热才干，其外表应进展提高外表黑度为提高散热器的辐射散热才干，其外表应进展提高外表黑度 的处置，外表颜色可按需求任选；的处置，外表颜色可按需求任选； 散热器与功率器件的安装外表应光洁、平整。可加导热膏、散热器与功率器件的安装外表应光洁、平整。可加导热膏、导热脂或导热橡胶片等；导热脂或导热橡胶片等； 散热器与安装面之间不应出现跳火、击穿等迹象，其电绝缘散热器与安装面之间不应出现跳火、击穿等迹象，其电绝缘性、耐热性和耐湿性应按有关规范进展检测；性、耐热性和耐湿性应按有关规范进展检测； 散热器应按有关规范进展测试，其热阻值不应超越许用偏向散热器应按有关规范进展测试，其热阻值不应超

10、越许用偏向范围。范围。三、合理选用散热器，降低散热器热阻三、合理选用散热器，降低散热器热阻 图图2-11为安装于散热器上的功率为安装于散热器上的功率器件等效热路图：器件等效热路图：其中：其中： 功率器件的内热阻，通常由器功率器件的内热阻，通常由器 件的制造厂家提供。范围普通件的制造厂家提供。范围普通 为为 0.82.0 K/W。TjR 器件壳体直接向周围环境的换器件壳体直接向周围环境的换 热热阻，称为器件的外热阻，热热阻，称为器件的外热阻， 其值可由表其值可由表2-5选取。选取。TPR 器件与散热器安装面之间的接器件与散热器安装面之间的接触热阻参照表触热阻参照表2-4选取。选取。TcR 散热器热阻。散热器热阻。TfR由于由于 远大于其它热阻值，因此总热阻计算式为：远大于其它热阻值，因此总热阻计算式为：TPRTTjTcTfRRRR设计要求功率器件的结温应满足：设计要求功率器件的结温应满足：max()cjjTjTcTfftP RRRtt，减小散热器热阻的措施：减小散