換熱器原理與設(shè)計(jì)第二章電子設(shè)備用肋片式散熱器ppt課件

1、第2章 電子設(shè)備用肋片式散熱器2.1 概述概述2.2 肋片散熱器的傳熱性能肋片散熱器的傳熱性能2.3 肋片散熱器設(shè)計(jì)肋片散熱器設(shè)計(jì)2.4 肋片散熱器在工程運(yùn)用中的假設(shè)干問肋片散熱器在工程運(yùn)用中的假設(shè)干問題題經(jīng)過肋片的導(dǎo)熱經(jīng)過肋片的導(dǎo)熱第三類邊境條件下經(jīng)過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：第三類邊境條件下經(jīng)過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：為了降低元器件溫度可以采取哪些措施為了降低元器件溫度可以采取哪些措施?W 112121AhAAhttff減小熱阻：減小熱阻： a) 金屬壁普通很薄金屬壁普通很薄( 很小很小)、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻普通可忽、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻普通可忽略略b) 增大增大h1、h2，但提高，但提高h(yuǎn)1

2、、h2并非恣意的并非恣意的c) 增大換熱面積增大換熱面積 A 也能添加傳熱量也能添加傳熱量 工程中常用的肋片工程中常用的肋片 等截面肋：矩形肋，圓形肋等圖等截面肋：矩形肋，圓形肋等圖2-1a、b 變截面肋：梯形肋，三角形肋等圖變截面肋：梯形肋，三角形肋等圖2-1c、d 國內(nèi)目前主要采用的散熱器系列國內(nèi)目前主要采用的散熱器系列 叉指形散熱器叉指形散熱器GB7423.3-87,如如圖圖2-2； 型材散熱器型材散熱器GB7423.2-87,如圖如圖2-3 。 叉指形散熱器叉指形散熱器適宜于中、小功率適宜于中、小功率器件的散熱；型材器件的散熱；型材散熱器適宜于中功散熱器適宜于中功率器件的散熱。率器件的

3、散熱。在一些換熱設(shè)備中，加裝肋片是增大換熱面積的重要手段在一些換熱設(shè)備中，加裝肋片是增大換熱面積的重要手段肋壁：直肋、環(huán)肋；等截面、變截面肋壁：直肋、環(huán)肋；等截面、變截面2 肋片效率肋片效率 為了從散熱的角度評(píng)價(jià)加裝肋片后換熱效果，引進(jìn)肋為了從散熱的角度評(píng)價(jià)加裝肋片后換熱效果，引進(jìn)肋片效率片效率0基溫度下的散熱量假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋實(shí)際散熱量肋片效率f添加的換熱面其換熱情況不同與基面2.2 肋片散熱器的傳熱性能取如下圖的單個(gè)等截面矩形肋進(jìn)展分析。取如下圖的單個(gè)等截面矩形肋進(jìn)展分析。肋片分析的前提：肋片分析的前提： 肋片資料的導(dǎo)熱系數(shù)肋片資料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；為常數(shù)； 肋片外表的對(duì)流換熱系數(shù)肋片

4、外表的對(duì)流換熱系數(shù)為常數(shù)；為常數(shù)； 周圍環(huán)境溫度為常數(shù)；周圍環(huán)境溫度為常數(shù)； 肋高肋高l遠(yuǎn)大于肋厚遠(yuǎn)大于肋厚； 肋片內(nèi)部無熱源。肋片內(nèi)部無熱源。定義肋效率：定義肋效率：0fQQ肋片實(shí)際散熱量按肋片基部溫度計(jì)算的散熱量 在上述分析條件下，經(jīng)過能量守恒定律及傅立葉導(dǎo)熱定律，可以得在上述分析條件下，經(jīng)過能量守恒定律及傅立葉導(dǎo)熱定律，可以得到肋片效率的計(jì)算公式為：到肋片效率的計(jì)算公式為：th()cfcmlml 對(duì)流換熱系數(shù)； 肋片導(dǎo)熱系數(shù)U 橫截面周長； lc 當(dāng)量肋高； AC 橫截面面積。cUmA工程中肋片散熱量的計(jì)算步驟：工程中肋片散熱量的計(jì)算步驟： 計(jì)算當(dāng)量肋高計(jì)算當(dāng)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矩形截面環(huán)行肋矩形截面環(huán)行肋101=/22ccl rrllrrl 計(jì)算或查肋效率計(jì)算或查肋效率 計(jì)算理想情況下的肋片散熱量計(jì)算理想情況下的肋片散熱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矩形截面環(huán)行肋矩形截面環(huán)行肋 肋片實(shí)踐散熱量肋片實(shí)踐散熱量0fQQ圖圖 214圖圖 215熱阻thAtAAhthAthAffPffP0)(001)()(1hARAAAAffPfP2.3 肋片散熱器設(shè)計(jì) 一、加肋有利條件一、加肋有利條件 定義畢渥數(shù)定義畢渥數(shù)2Bi肋片內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻外表面對(duì)流

6、熱阻實(shí)際推導(dǎo)的加肋有利條件：實(shí)際推導(dǎo)的加肋有利條件：1Bi 等截面矩形肋和三角形肋，實(shí)驗(yàn)證明的加肋有利條件：等截面矩形肋和三角形肋，實(shí)驗(yàn)證明的加肋有利條件：Bi0.25因此設(shè)計(jì)肋片時(shí)應(yīng)留意：因此設(shè)計(jì)肋片時(shí)應(yīng)留意： 為了減小為了減小Bi數(shù)，肋片資料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)選得大，肋片厚數(shù)，肋片資料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)選得大，肋片厚度以薄為宜；度以薄為宜； 為了使為了使Bi數(shù)小，散熱肋片應(yīng)置于外表傳熱系數(shù)較小的一數(shù)小，散熱肋片應(yīng)置于外表傳熱系數(shù)較小的一側(cè)普通宜放在空氣側(cè)。側(cè)普通宜放在空氣側(cè)。 二、針肋散熱器二、針肋散熱器空氣垂直流過交叉陳列圓形和菱形針肋的準(zhǔn)那么方程空氣垂直流過交叉陳列圓形和菱形針肋的準(zhǔn)那么方程0.2

7、81/31.4NuRePr 式中式中Re=ud/，其中，其中u為空氣流速，為空氣流速，d為針徑，為針徑，為空氣運(yùn)動(dòng)粘度。定性溫度為空氣運(yùn)動(dòng)粘度。定性溫度取針狀散熱器外表平均溫度與環(huán)境空氣溫度的算術(shù)平均。取針狀散熱器外表平均溫度與環(huán)境空氣溫度的算術(shù)平均。針肋的效率：針肋的效率：th()fmlml 圓柱形針肋：圓柱形針肋：4md 矩形針肋：矩形針肋：UmA 其中其中d為圓柱形針肋的直徑，為圓柱形針肋的直徑，U為矩形針肋的橫截面周長，為矩形針肋的橫截面周長，A為橫截面積，為橫截面積，為由上面準(zhǔn)那么方程得出的肋外表對(duì)流換熱系數(shù)，為由上面準(zhǔn)那么方程得出的肋外表對(duì)流換熱系數(shù)，為肋資料的導(dǎo)熱系數(shù)。為肋資料的

8、導(dǎo)熱系數(shù)。 三、肋片參數(shù)的優(yōu)化三、肋片參數(shù)的優(yōu)化在工程設(shè)計(jì)中，肋片高度：在工程設(shè)計(jì)中，肋片高度：3lm過份添加高度，不僅散熱量不添加，相反地還將添加肋片分量。過份添加高度，不僅散熱量不添加，相反地還將添加肋片分量。表表2-1給出了幾種肋片圖給出了幾種肋片圖2-8的設(shè)計(jì)參數(shù)值。的設(shè)計(jì)參數(shù)值。 設(shè)計(jì)肋片時(shí)，可參考表設(shè)計(jì)肋片時(shí)，可參考表2-2所列的物理特性參數(shù)比較結(jié)果所列的物理特性參數(shù)比較結(jié)果來選用資料。來選用資料。6.4 肋片散熱器在工程運(yùn)用中的假設(shè)干問題 一、散熱器消費(fèi)、運(yùn)用的技術(shù)要求一、散熱器消費(fèi)、運(yùn)用的技術(shù)要求 普通均選用鋁材或鋁型材作為散熱器的資料；普通均選用鋁材或鋁型材作為散熱器的資料；

9、 為提高散熱器的輻射散熱才干，其外表應(yīng)進(jìn)展提高外表黑度為提高散熱器的輻射散熱才干，其外表應(yīng)進(jìn)展提高外表黑度 的處置，外表顏色可按需求任選；的處置，外表顏色可按需求任選； 散熱器與功率器件的安裝外表應(yīng)光潔、平整。可加導(dǎo)熱膏、散熱器與功率器件的安裝外表應(yīng)光潔、平整。可加導(dǎo)熱膏、導(dǎo)熱脂或?qū)嵯鹉z片等；導(dǎo)熱脂或?qū)嵯鹉z片等； 散熱器與安裝面之間不應(yīng)出現(xiàn)跳火、擊穿等跡象，其電絕緣散熱器與安裝面之間不應(yīng)出現(xiàn)跳火、擊穿等跡象，其電絕緣性、耐熱性和耐濕性應(yīng)按有關(guān)規(guī)范進(jìn)展檢測；性、耐熱性和耐濕性應(yīng)按有關(guān)規(guī)范進(jìn)展檢測； 散熱器應(yīng)按有關(guān)規(guī)范進(jìn)展測試，其熱阻值不應(yīng)超越許用偏向散熱器應(yīng)按有關(guān)規(guī)范進(jìn)展測試，其熱阻值不應(yīng)超

10、越許用偏向范圍。范圍。三、合理選用散熱器，降低散熱器熱阻三、合理選用散熱器，降低散熱器熱阻 圖圖2-11為安裝于散熱器上的功率為安裝于散熱器上的功率器件等效熱路圖：器件等效熱路圖：其中：其中： 功率器件的內(nèi)熱阻，通常由器功率器件的內(nèi)熱阻，通常由器 件的制造廠家提供。范圍普通件的制造廠家提供。范圍普通 為為 0.82.0 K/W。TjR 器件殼體直接向周圍環(huán)境的換器件殼體直接向周圍環(huán)境的換 熱熱阻，稱為器件的外熱阻，熱熱阻，稱為器件的外熱阻， 其值可由表其值可由表2-5選取。選取。TPR 器件與散熱器安裝面之間的接器件與散熱器安裝面之間的接觸熱阻參照表觸熱阻參照表2-4選取。選取。TcR 散熱器熱阻。散熱器熱阻。TfR由于由于 遠(yuǎn)大于其它熱阻值，因此總熱阻計(jì)算式為：遠(yuǎn)大于其它熱阻值，因此總熱阻計(jì)算式為：TPRTTjTcTfRRRR設(shè)計(jì)要求功率器件的結(jié)溫應(yīng)滿足：設(shè)計(jì)要求功率器件的結(jié)溫應(yīng)滿足：max()cjjTjTcTfftP RRRtt，減小散熱器熱阻的措施：減小散