設(shè)備散熱器、風(fēng)扇的選型和設(shè)計計算

1、散熱、吸熱，還是絕熱重要？在這兒之前，有一個很重要的問題要問各位,您知道什么是熱嗎?在您選擇一項產(chǎn)品之前. 您得先知道您用鈔票換得手中的寶貝要解決的是什么物理現(xiàn)象，千萬別當(dāng)了冤大頭!熱（He at）是能量嗎？嚴(yán)格來說它不算是能量，應(yīng)該說是一種傳遞能量的形式.就好象作功一樣.微觀來看，就是 區(qū)域分子受到外界能量沖擊后,由能量高的分子傳遞至能量低的區(qū)域分子（就像是一種擴散 效應(yīng)），必須將能量轉(zhuǎn)嫁釋放出來.所以能量的傳遞,就是熱.而大自然界最根本的熱產(chǎn)生方式， 就是劇烈的摩擦（所謂摩擦生熱如是說!）.從電子（量子力學(xué)）學(xué)的角度而言，當(dāng)電子束滑過電子 信道時，會因為與導(dǎo)線（trace）劇烈摩擦而產(chǎn)生熱

2、，它形成一股阻力，阻止電子流到達(dá)另一端（就 像汽車煞車的效果是一樣的）.我們統(tǒng)稱作廢熱.所以當(dāng)CPU的速度越高，表示它的I/O（Inp ut/Output）數(shù)越高，線路布局越復(fù)雜.就好比一塊同樣面積的土地上.您不斷的增加道路面積； 不斷的膨脹車流量,下場是道路越來越窄，而車子越來越多，不踩煞車，能不出車禍嗎？當(dāng)然熱 量越來越高.信不信,冷颼颼的冬天，關(guān)在房里打計算機，你會愛死它，又有得殺時間，又暖和!只 是不巧，炎炎夏日又悄悄的接近了.傳熱（Heat Transfer）:既然說熱是一種傳遞能量的形式.那就不能不談傳遞的方法了.總 的來說整個大自然界能量傳遞的方式被我們聰明的老祖先（請記住.熱力

3、學(xué)Thermal Dynami c是古典力學(xué)的一種!）概分為三種，接下來我用最淺顯易懂的方式分別介紹這門神功的三大基 本奧義讓各位知道：）熱傳導(dǎo)（Conduction）物質(zhì)本身或當(dāng)物質(zhì)與物質(zhì)接觸時，能量傳遞的最基本形式（這里所說的物質(zhì)包括氣體，液 體，與固體）.當(dāng)然氣體與液體（我們統(tǒng)稱為流體）本身因為結(jié)構(gòu)不似固體緊密.我們又有另外一 個專有名詞來形容它，叫做熱擴散（Diffusion）.若諸位看官真有興趣的話，不妨把下面的公式熟 記，對以后您專業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成，抑或是將來更深入的技術(shù)，探討彼此的溝通都非常有幫助（這可 是入門的第一招式，千萬別放棄您當(dāng)專業(yè)消費者的權(quán)益了!）.另外，為了避免您一開始走

4、火入魔, 請容我先將所有的單位（Unit ）都拿掉.Q = K*A*AT/AL其中Q為熱量;就是熱傳導(dǎo)所能帶走的熱量.K為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)值（Conductivity）;請記住，它代表材料的熱傳導(dǎo)特性，就像是出生證明 一樣.若是純銅，就是396.4;若是純鋁，就是240;而我們都是人，所以我們的皮膚是0.38,記住！ 數(shù)值越高,代表傳熱越好.（詳細(xì)的材料表我將于日后擇篇幅再補述!） A代表傳熱的面積（或是兩物體的接觸面積.） T代表兩端的溫度差;AL則是兩端的距離.讓我們來看一下圖標(biāo)，更加深您的印象！熱傳導(dǎo)后溫度分布銅材的導(dǎo)熱系數(shù)高,經(jīng)過熱傳導(dǎo)后，溫度在銅材中分布就非常均勻,相反的，木材的導(dǎo)熱

5、系數(shù)偏 低,于是相同的傳導(dǎo)距離，木材的溫度分布就明顯的不均勻（溫度顏色衰減的非常快;表示熱量 傳導(dǎo)性不良.）從上述的第一招式我們可以知道.熱傳導(dǎo)的熱傳量.跟傳導(dǎo)系數(shù)，接觸面積成正比關(guān)系（越 大，則傳熱越好!）而跟厚度（距離）成反比.好，有了這個觀念，現(xiàn)在讓我們把焦點轉(zhuǎn)到散熱片身上, 當(dāng)散熱片與熱源接觸，我們需要的是吸熱，能夠大量的把熱吸走，越多越好.各位可以到市面 上看看最近有一些散熱片的底部會加一塊銅板不是嗎?或甚至干脆用銅當(dāng)散熱片底板.就是 因為它的熱導(dǎo)系數(shù)比鋁多出將進(jìn)一倍（當(dāng)然還有其它技術(shù)原因,容我先賣個關(guān)子）.嘿，嘿，聰明的讀者，您一定也發(fā)現(xiàn)了一個問題，散熱片的底部厚度好象越來越厚耶!

6、如果照 我說的話，那不是傳熱效果越差了嗎?如果您會問這個問題?先恭喜您!您已經(jīng)有本事報名英 雄大會了.這牽涉到另外一門有趣的課題.因篇幅關(guān)系，這一次我并不打算放進(jìn)來.請諸位海涵!）熱對流（Convection）流動的流體（氣體或液體）與固體表面接觸，造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式. 這一招是三招里面最為博大精深的一招，老祖先依其流體驅(qū)動的方式將之轉(zhuǎn)換折成貌和神離 的兩招，分別是）自然對流（Natural Convection）:流體運動是來自于溫度差.溫度高的流體密度較低，較輕會向上運動.相反的，溫度低的流 體則向下運動.所以是流體受熱之后產(chǎn)生驅(qū)動力.（這里各位要牢記一件事，只要溫差，

7、沿著重力 場方向的流體就會開始運動，帶走熱量!）強制對流（Force Convection）:顧名思義,流體受外在的強制驅(qū)動力如風(fēng)扇驅(qū)動而產(chǎn)生運動.驅(qū)動力往那兒吹，流體就往 那兒跑，與重力場無關(guān).不是很了解對吧!百聞不如一見，脫掉你寶貝計算機的灰白色夾克.您應(yīng) 該會看到如下圖所示的精采內(nèi)臟.如此清楚了嗎?芯片組散熱片不加風(fēng)扇，利用的是自然對流將熱量帶走,表示熱量不高（一 般來說介于3瓦8瓦）.至于CPU則因為熱量較高（尤其是桌上型計算機，至少都在30瓦以 上）,自然對流的散熱量不足以帶走廢熱，因此得利用到風(fēng)扇驅(qū)動.至于更詳細(xì)的各種芯片封 裝（package）制程，規(guī)格資料與散熱量的關(guān)系（別忘了

8、 CPU也是一種封裝，只是檔次較高!）,還 有自然對流及強制對流在散熱片設(shè)計上的考量差異性，我會在往后的篇幅中以專題的方式撰 寫.讓各位不但對電子散熱有所了解，更知道整條電子鏈的運作模式.看看它的公式吧!為什么說它最博大精深是有原因的.到了這兒，請千萬小心，步步都是富 貴險中求.殊不知多少江湖英豪;名門俠女都曾栽在這塊看似山青湖靜，實則風(fēng)陰濤涌的領(lǐng)域 （包括筆者都曾差點兒翻不了身）.一則是從此開始.您才真正進(jìn)入散熱的大堂.一則是這里 又多了一門至深至幻的學(xué)問叫做流體力學(xué)（Fluid Dynamic）.我想試問各位一生中有多少次機 會看到風(fēng)扇是怎么吸空氣;又是怎么把空氣吹出來的?我們換個角度想，

9、要讓流體產(chǎn)生運動，一 個必要的因素是什么？知其然，更要知其所以然，道行高的您或許已開始發(fā)出會心的一笑，還不 了解的看官也別擔(dān)心，這運功煉氣可是半點兒急不得.漸納慢吐，氣通任督灌丹田，才是習(xí)知 之道.Q = H*A*ATQ為熱對流所帶走的熱量.H 為熱對流系數(shù)值（Hest Transfer Coefficient）.這里是筆者及數(shù)字高人討論過后，一致公認(rèn)散熱領(lǐng)域內(nèi)最虛無飄渺的一個參數(shù)了.它既 不是材質(zhì)特性，更不是什么散熱標(biāo)準(zhǔn).說穿了還真有點兒好笑.這是老祖先想破了頭還是一無 所知的情況下，直接寫下的腳注.不信嗎？敢問諸位高手，只聽過H是隨著流體狀態(tài);流場形式; 固體表面形狀的影響而改變的常數(shù)值（

10、例如:垂直方向的平板流H=1020,最多是個H與速 度的幾次方成正比關(guān)系）,從沒看過哪一個方程式是可以解出H值的.（道道地地，不折不扣的 經(jīng)驗值!）A代表熱對流發(fā)生時的有效接觸面積.這里我要再一次強調(diào).表面積大只是好看，有效表面 積也大那才夠?qū)嵲?至于什么是有效，將來我會舉一些活生生的實例給各位看,到時候可別合 不攏嘴.散熱片的變化無窮，主要在于它的鰭片設(shè)計,一個設(shè)計良好的鰭片.會內(nèi)外兼顧，不但跟 空氣的接觸表面積大，而且大的很實在.否則花那種冤望錢，不如自己做一塊銅塊蓋上去不就 好了嗎？當(dāng)然金屬量產(chǎn)的加工制程上有一定的限制，不同的制造工藝各有其優(yōu)缺點，有時設(shè)計 者不得不作一些妥協(xié)與讓步.T代

11、表固體表面與區(qū)域流體(Local Ambient)的溫度差.這里就更驚險了.散熱片的設(shè)計，一個 不小心就會跌入這個要命的陷阱里，它跟上面的所謂有效接觸面積還真有那么一點關(guān)系，我 留一點兒空間先不說穿，讓各位也想一想.為什么我說到了這兒才算真正開始處理散熱問題.因為不論自然對流或強制對流，靠流 體把熱帶走是現(xiàn)下最經(jīng)濟實惠的方式.殊不知地球大氣運行時的妙用無窮，我們換一個角度 想，能量守恒定律,或許您也能參詳一二.周圍盡是用不完的空氣，不拿它來出出氣，怎么說也 是暴斂天物，您說是嗎？下一次我們再談另一個能量傳遞的方式(它也是散熱的一員，只是平時韜光養(yǎng)晦，深藏 不露，但發(fā)起威來，套句廣告詞撰凡人無法

12、檔).而且角色變化多端，非常有個性，也是筆者最喜 歡的一個，請容我在此先擱筆.咱們下次再談!散熱，吸熱，還是絕熱重要？接下來介紹的，可又是散熱的一名角兒.只是它的名氣沒熱對流來的大,一般說來在主動式散 熱片(Active Cooler)的散熱比例上占的份量也有限,所以大伙兒常忽略它.可是它在實際生活 中扮演的角色可豐富了.您加熱時絕對有它，散熱時它也有份，當(dāng)要絕熱時，更不能沒有它，更夸 張的是，少了它，地球的生態(tài)環(huán)境瞬間就會失衡，看下去吧,向您鄭重介紹.)熱輻射(Radiation)若說上一招熱對流是謂博大精深，那這一招可就真算得上是清風(fēng)拂山崗;明月照大江 的太極絕學(xué)了.待我解釋完，您就知道我

13、開頭所述句句真言，絕無誑語.別看它又清風(fēng)，又明月的. 真發(fā)起來，那可是招招重手，決不留情.(您以為炎炎夏日太陽的熱情是靠熱傳導(dǎo)或熱對流招呼 到您身上的嗎?再舉個更生活的例子，沒用過也看過燈管式電暖氣吧?再告訴您一個小秘密， 筆者求學(xué)時就曾經(jīng)利用180瓦的工地用鹵素大燈兩個煮三人份的火鍋，不蓋你,這些都得拜熱 輻射所賜!)這說完它加熱的好處，我留一點篇幅稍后再解釋它與散熱，絕熱的關(guān)系.讓我們先 把焦點轉(zhuǎn)回它的原理上.有人曾問筆者，熱輻射是不是放射性的a,b,g輻射波，您說呢?那可是對任何生物都會造 成傷害性的輻射線耶!不要懷疑，雖不中亦不遠(yuǎn)矣，它們還真有血源關(guān)系呢，這一部份因為是 筆者最喜歡的一

14、種散熱方式，也是當(dāng)今能參透這門絕學(xué)的人少之又少(包括筆者也不是)，是以 筆者不得不一吐為快，交代清楚，以免讓各位越看越模糊,熱輻射是一種可以在沒有任何介質(zhì) (空氣)的情況下,不需要靠接觸，就能夠達(dá)成熱交換的傳遞方式.一種我戲稱為熱數(shù)字訊號(T hermal Digital Signal)的波的形式達(dá)成熱交換.既然是波，那就會有波長,有頻率，而所謂波 的能量，就是頻率乘上一個叫做普郎特的常數(shù)(Plancks Constant )，既然跟頻率有關(guān)，那好，頻 率的大小依次是Gamma射線，X射線,紫外線，可見光,紅外線，微波而熱輻射能量就介于 紫外線與紅外線之間，所以還算排行老三呢,但光是如此就讓你

15、在7月中午的太陽下站不住 五分鐘了吧!其實您還得感謝地球上有大氣層,空氣和水分子，這些介質(zhì)幫我們吸收掉了不少 能量呢!好，咱們再回到主題，既然不需要介質(zhì),那就得靠物體與物體表面的熱吸收性與放射性來 決定熱交換量的多寡.我們統(tǒng)稱為物體表面的熱輻射系數(shù)(Emissivity)，其值介于01之間，是 屬于物體的表面特性，有一點兒像熱傳導(dǎo)系數(shù)(Conductivity)都屬于材料特性.(其實吸收性 (率)與放射性(率)是一樣的，我稍后解釋.嚴(yán)格來說，物體表面的熱輻射特性有三種，分別是吸 收率，反射率和穿透率.這三者加起來的值和為1,像是玻璃,它的能量穿透性很強，所以相對的 吸收性與反射性便較弱).讓我

16、們看一下它的公式吧 Q =eCF&T4)Q為物體表面熱幅熱的熱交換量.我在這兒強調(diào)是熱交換量而不是帶走的熱量.因為公式本 身牽涉到兩個表面在進(jìn)行輻射熱交換，當(dāng)假設(shè)其中一個表面不存在時,則存在的表面便假設(shè) 是與某一有限遠(yuǎn)的固定大氣溫度進(jìn)行熱交換.e物體表面的熱輻射系數(shù)(Emissivity)，其值介于01之間,是屬于物體的表面材料特性，這一 部分當(dāng)物質(zhì)為金屬且表面拋光如鏡時，熱輻射系數(shù)只有約0.02 0.05而已，而當(dāng)金屬表面一 但作處理后(如表面陽極處理成各種顏色亦或噴漆,則熱輻射系數(shù)值立刻提升至0.5以上，如 下圖所示當(dāng)散熱片表面處理成綠色后,熱輻射系數(shù)值立刻由0.03提升至0.82.處理前

17、處理后而塑料或非金屬類的熱輻射系數(shù)值大部份超過0.5以上,s是波次曼常數(shù)5.67*10-8，只是一 個常數(shù).F是里面最玄的一個，洋文叫做Exchange View Factor，中文應(yīng)該說成是輻射熱交換的視角 關(guān)系，它其實是一個函數(shù)，一個跟兩個表面所呈角度，面積，及熱輻射系數(shù)有關(guān)的函數(shù).非常復(fù)雜, 筆者在此不敢再寫下去，以免各位看官承受不住.A(T4最后這個算是最好說的，但也最容易被一般剛?cè)虢哪贻p人弄錯的.它正確的寫法如 筆者框紅線所示，是(Ta4- Tb4)而不是(Ta- Tb) 4,.這其中Ta是表面a的溫度而Tb是表面b 的溫度。嘿!嘿!如何.寫到這兒，如果您是屬于完全領(lǐng)悟參透型的高

18、手，那筆者不但恭喜您，而且相 信您一定也是一位玩熱的專家，若您是屬于不知筆者所言為何物型的看官也別著急,看看下 面的照片或許能加深您的印象：Intel Pentium IV 的 CPU在紅外線攝影機下拍到的熱像就是那樣，金屬帽因為熱輻射系數(shù)低，相對熱輻射量就小，所以 顏色溫度低,而芯片基板上表面是接近樹脂材料所以熱輻射系數(shù)較高，相對熱輻射量就大，溫 度顏色就高.如此，懂了嗎？ 熱輻射所以熱輻射的定義是如果物體本身是一個好的輻射散熱體,那相對的它也絕對會是一個 好的輻射吸熱體，這吸熱與散熱就端看物體表面本身的溫度與周圍或另外一個物體表面的溫 度是高是低.若是高,則熱便會藉由熱輻射散出去，反之熱就

19、會被吸收進(jìn)來.而通常在熱對流效 應(yīng)相對很強的情況下(尤其是裝風(fēng)扇的CPU Cooler),熱輻射量相對就有限，它與之前所說的 熱對流散熱效應(yīng)比較起來,幾乎是可忽略的一環(huán).但是，反過來說,像部份芯片的被動式散熱片 (Chipset Heat sink)，它的熱對流散熱效應(yīng)較不明顯，反而會使得熱輻射散熱效應(yīng)相對提高， 有時甚至?xí)汲^30%的總散熱量.這兒之所以我們稱它散熱的原因，就是因為我們所談的散熱片都是裝附于熱源上，通常 它的溫度都會比周圍環(huán)境溫度要高出許多.而至于絕熱呢?我想我也提出一些問題讓各位想一想，保溫瓶內(nèi)為什么要用絕熱體包附 水銀膽呢?給您一個提示亮面如鏡的水銀膽反射率可是非常高的

20、喔.那像衛(wèi)星呢？沒有大氣 層的水及空氣保護(hù)吸收太陽的輻射熱，不會有過熱的問題嗎?衛(wèi)星上一樣有高精密的電子組 件，耶!重點就在于衛(wèi)星面向太陽的表面有一層反射率非常高的披覆層保護(hù)著讓太陽的熱輻 射量，除了太陽能板之外，幾乎全部反射回去，以減少熱輻射量的穿透跟吸收.各位聰明的看官，說到這兒,您認(rèn)為是吸熱，散熱，還是絕熱重要呢?您是否對熱這個現(xiàn)象已 有初步的概念了呢?別著急，將來有一天你也會跟筆者一樣對它又愛又恨的呢!話又說回來，吸 熱，散熱，絕熱其實各有所長，也各有其應(yīng)用于熱的時機，端看您的應(yīng)用領(lǐng)域而有所區(qū)別,其實， 大部份時候它們還是相互交會運用的機會較大呢！好，我假設(shè)各位對所謂的熱傳遞形式熱傳導(dǎo)

21、(Conduction),熱對流(Convection)，熱輻射(R adiation)都有了初步的認(rèn)識，讓我?guī)透魑徽硪幌滤季w，把焦點轉(zhuǎn)回到CPU Cooler的基本架 構(gòu)上,一塊一塊的剖開來定義清楚，現(xiàn)在讓我們進(jìn)入到下面的這張圖片去：風(fēng)扇:熱對流組件，功能上就在于驅(qū)動空氣灌入下方的散熱片中，利用新鮮且大流量的冷 空氣灌入，并加上風(fēng)扇本身驅(qū)動流場的甩動特性，提高了之前所提到過的熱對流系數(shù)值(Hest Transfer Coefficient).藉此提高熱對流的散熱效果.其所占散熱的比例份量最重，算是散熱界 當(dāng)紅的炸子雞.扣具:嚴(yán)格說，它算是機構(gòu)組件,不是散熱組件.主要是將散熱片扣合在CPU的

22、表面上，但研 究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)散熱片底板與熱源接觸面受力越大，則固體表面間的接觸熱阻抗越小，所以，扣具的 研發(fā)，也慢慢轉(zhuǎn)型為針對散熱片受力均勻性為重點.既然牽涉到接觸阻抗，那就牽涉到散熱片 底部的吸熱能力，所以，扣具也算是半個熱傳導(dǎo)組件.散熱片(鰭片部份):我們細(xì)分這個部份，它算是連接(吸熱)熱傳導(dǎo)與熱對流及熱輻射(散熱) 的最重要管道，因為散熱的三大最基本條件就是面積，面積，面積，讀者可參詳Part2與Part3 的內(nèi)容公式便知，這散熱片的技術(shù)與工藝主要就在這兒，其次，表面陽極處理也是一個非常重 要的工藝，它不僅僅是設(shè)計上的美觀，更牽涉到輻射熱交換量的多寡，所以，鰭片設(shè)計的好壞，直 接決定了產(chǎn)品的

23、生死.當(dāng)然各種不同的機械加工產(chǎn)品各有其設(shè)計上的考量(有的是以吸熱為 主;有的是以散熱為主)，但若程度差太遠(yuǎn)，那就很可惜了，筆者見到坊間不少不忍目睹的散熱器, 想想，鋁條若有知，也一定會暗自掉淚吧！散熱片(底板部份):熱傳導(dǎo)組件，這兒是純粹就吸熱而言，決定底板的好壞，先要知道問題的 癥結(jié)在那兒，吸熱的致命關(guān)鍵就在克服與熱源的接觸熱阻(Contact Resistance)及熱傳到底 板之后的擴散熱阻(Spreading Resistance),所以,底板的設(shè)計可也是絲毫茍且不得的.殊不知 所有的源頭就在于熱如何被有效的帶出來，連源頭都處理不好，更別談接下來的散熱了.看官 們可以參照產(chǎn)品評估報告，

24、互相比較,便知其中奧妙.更可以加深您的印象，讓您向?qū)＜抑吩?邁進(jìn)一大步.熱導(dǎo)介質(zhì):也是熱傳導(dǎo)組件，坊間有不少導(dǎo)熱膠片或?qū)岣喈a(chǎn)品，姑且不論其好壞,它的功 用就在于克服金屬接觸面的微小縫隙，別小看它薄薄的一片，您若不怕CPU冒煙的話,下次換 一般黏土玩玩看，保證有趣的要命,(筆者曾測試過，那種坐云霄飛車的快感，保證讓您難忘又難 過好一陣子)，至于導(dǎo)熱膠片好還是導(dǎo)熱膏好，并沒有一定，但效果好是最重要的,將來筆者會針 對一系列不同材料評估比較給您知道.CPU:熱源，這邊若細(xì)談會牽涉到封裝制程,要說好一陣子(包括所有的封裝演進(jìn)史與發(fā)展 過程)，筆者再選適當(dāng)時間敘述.(8) Socket與主板，這兒筆

25、者之所以要把這兩項放在一起談，就是因為散熱的考量,其實， 熱源所釋放的熱，有10%以上是往下經(jīng)由Socket從主板被帶走的，告訴您一個重點，主板是一 塊非常大的散熱板,筆者見過不少系統(tǒng)都有直接(或間接)針對主板強大的散熱能力上作文章 的.這其中不止PC產(chǎn)品而已，包括液晶投影機，電源供應(yīng)器(不斷電系統(tǒng)),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機. 都曾對主板這帖不可多得的散熱藥材下過一翻工夫.說到這兒，必須對這次的主題下一個結(jié)語了，單刀直入，散熱還是您我最關(guān)心的重點，但在 還沒散到熱之前，必須解決的是吸熱的問題，至于絕熱呢，還不到時候，多想無益.往后，筆者會 針對吸熱與散熱的重點(當(dāng)然是深入淺出，而且包容萬象)一五一十?dāng)?/p>

26、述，讓大家從此踏入這個 領(lǐng)域，一窺這百家爭鳴的熱鬧與璀璨.坐穩(wěn)了.引擎一旦激活，您就只能睜大眼，張大嘴,豎起耳 多跟著我這個導(dǎo)游一起體會這無限的熱疆界資料1散熱 目人八、在普通的數(shù)字電路設(shè)計中，我們很少考慮到集成電路的散熱，因為低速芯片的功耗一般很小， 在正常的自然散熱條件下，芯片的溫升不會太大。隨著芯片速率的不斷提高，單個芯片的功 耗也逐漸變大，例如：Intel的奔騰CPU的功耗可達(dá)到25W。當(dāng)自然條件的散熱已 經(jīng)不能使芯片的溫升控制在要求的指標(biāo)之下時，就需要使用適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣砑涌煨酒砻?熱的釋放，使芯片工作在正常溫度范圍之內(nèi)。通常條件下，熱量的傳遞包括三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。傳導(dǎo)是

27、指直接接觸的物體 之間熱量由溫度高的一方向溫度較低的一方的傳遞，對流是借助流體的流動傳遞熱量，而輻 射無需借助任何媒介，是發(fā)熱體直接向周圍空間釋放熱量。在實際應(yīng)用中，散熱的措施有散熱器和風(fēng)扇兩種方式或者二者的同時使用。散熱器通過 和芯片表面的緊密接觸使芯片的熱量傳導(dǎo)到散熱器，散熱器通常是一塊帶有很多葉片的熱的 良導(dǎo)體，它的充分?jǐn)U展的表面使熱的輻射大大增加，同時流通的空氣也能帶走更大的熱能。 風(fēng)扇的使用也分為兩種形式，一種是直接安裝在散熱器表面，另一種是安裝在機箱和機架上， 提高整個空間的空氣流速。與電路計算中最基本的歐姆定律類似，散熱的計算有一個最基本 的公式：溫差=熱阻x功耗在使用散熱器的情

28、況下，散熱器與周圍空氣之間的熱釋放的阻力稱為熱阻，散熱器與 空氣之間”熱流”的大小用芯片的功耗來代表，這樣熱流由散熱器流向空氣時由于熱阻的存 在，在散熱器和空氣之間就產(chǎn)生了一定的溫差，就像電流流過電阻會產(chǎn)生電壓降一樣。同樣， 散熱器與芯片表面之間也會存在一定的熱阻。熱阻的單位為。C/W。選擇散熱器時，除了機 械尺寸的考慮之外，最重要的參數(shù)就是散熱器的熱阻。熱阻越小，散熱器的散熱能力越強。 下面舉一個電路設(shè)計中熱阻的計算的例子來說明：設(shè)計要求：芯片功耗：20瓦芯片表面不能超過的最高溫度：85 C環(huán)境溫度（最高）：55 C計算所需散熱器的熱阻。實際散熱器與芯片之間的熱阻很小，取01C/W作為近似。

29、則（R + 0.1） x 20W = 85C - 55C得到 R = 1.4 C/W只有當(dāng)選擇的散熱器的熱阻小于1.4C/W時才能保證芯片表面溫度不會超過85Co 使用風(fēng)扇能帶走散熱器表面大量的熱量，降低散熱器與空氣的溫差，使散熱器與空氣之 間的熱阻減小。因此散熱器的熱阻參數(shù)通常用一張表來表示。如下例：風(fēng)速（英尺/秒）熱阻（C/W） TOC o 1-5 h z 03.51002.82002.33002.04001.8散熱2我用7805 7810如何計算散熱片尺寸？以7805為例說明問題。設(shè) I=350mA，Vin=12V，則耗散功率 Pd=（12V-5V）*0.35A=2.45W按照TO-22

30、0封裝的熱阻0JA=54r/W，溫升是132C，設(shè)室溫25C，那么將會達(dá)到7 805的熱保護(hù)點150C，7805會斷開輸出。正確的設(shè)計方法是：首先確定最高的環(huán)境溫度，比如60C，查出民品7805的最高結(jié)溫TJMAX=125C，那 么允許的溫升是65C。要求的熱阻是65C/2.45W=26C/W。再查7805的熱阻，TO-220 封裝的熱阻0JA=54C/W，TO-3封裝（也就是大家說的鐵殼”）的熱阻0JA=39C/W，均高 于要求值，都不能使用（雖然達(dá)不到熱保護(hù)點，但是超指標(biāo)使用還是不對的）。所以不論那 種封裝都必須加散熱片，資料里講到加散熱片的時候，應(yīng)該加上4C/W的殼到散熱片的熱 阻。計算

31、散熱片應(yīng)該具有的熱阻也很簡單，與電阻的并聯(lián)一樣，即54/x=26, x=50C/W。 其實這個值非常大，只要是個散熱片即可滿足。國產(chǎn)散熱器廠家其實就是把鋁型材做出來，然后把表面弄黑。熱阻這種最基本的參數(shù)他 們恐怕從來就沒有聽說過。如果只考慮散熱功率芯片的輸入輸出電壓差X電流是芯片的功 耗，這就是散熱片的散熱功率。散熱3熱設(shè)計由于電源模塊的轉(zhuǎn)換效率不可能是100%，因此自身有一定的功耗，電源模塊本身發(fā)熱的高 低，主要取決于電源模塊的轉(zhuǎn)換效率。在一定外殼散熱條件下，電源模塊存在一定的溫升（即 殼溫與環(huán)境溫度的差異）。電源模塊外殼散熱表面積的大小直接影響溫升。對于溫升的粗略 估計可以使用這樣的公式：

32、溫升=熱阻系數(shù)模塊功耗。熱阻系數(shù)對于涂黑紫銅的外殼P25X XX（用于SMP-1250系列產(chǎn)品的外殼）來說約為3.76C/W。這里的溫升和系數(shù)是在模塊直立， 并使下方懸空1cm，自然空氣流動的情況下測試的。對于溫度較高的地方須將模塊降額使用以減小模塊的功耗，從而減小漸升，保證外殼不超過 極限值。對于功率較大的模塊，須加相應(yīng)的散熱器以使模塊的溫升得到下降。不同的散熱器在自然的 條件下有不同的對環(huán)境的熱阻，主要影響散熱器熱阻的因素是散熱器的表面積。同時考慮到 空氣的對流，如果使用帶有齒的散熱器應(yīng)考慮齒的方向盡量不阻礙空氣的自然對流，例如： 當(dāng)使用的模塊輸出功率為100W，效率為82%時，滿載時模塊

33、的功耗為：100/0.82-100=22 W，選用附件中WS75(75W)散熱器，其熱阻為1.9C/W，不考慮原外殼的橫向散熱，自然散 熱的溫升為1.922=42C。散熱3包含熱模型的新型MOSFET PSPICE模型作者：Filippo Di Giovanni, Gaetano Bazzano, Antonio Grimaldi 意法半導(dǎo)體公司Stradale Primosole, 50 - 95121 - Catania, ITALY 電話傳真 電郵：Email:摘要：功率轉(zhuǎn)換器的功率密度越來越高，發(fā)熱問題越來越嚴(yán)重，這種

34、功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計對現(xiàn) 代大功率半導(dǎo)體技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。因而熱問題的優(yōu)化設(shè)計和驗證變得比大功率器件的電 模型更加重要，本文提出一種新的Pspice模型，可以利用它計算MOSFET芯片在瞬變過 程中的溫度。本文提出的模型中所需要的熱阻可以從制造商提供的產(chǎn)品使用說明書得到。本 文介紹MOSFET的一種新的PSPICE等效熱模型，這個模型提供發(fā)熱和電氣參數(shù)之間的 動態(tài)關(guān)系。這里提出的模型建立了與許可的熱環(huán)境的關(guān)系，例如，柵極驅(qū)動電路、負(fù)載、以 及散熱器的分析與優(yōu)化設(shè)計?？梢岳眠@個模型來改善散熱器的設(shè)計。由於決定功率損耗的 參數(shù)參差不齊，與生產(chǎn)制造有關(guān)，受生產(chǎn)制造的影響很大，因而散熱器的設(shè)計往往由於

35、無法 預(yù)先知道功率損耗而無法進(jìn)行。引言散熱器在計算時會出現(xiàn)誤差，一般說來主要原因是很難精確地預(yù)先知道功率損耗，每只 器件的參數(shù)參差不齊，并不是一樣的，而且在芯片上各處的溫度也是不同的。結(jié)果是，安全 的裕度可能離開最優(yōu)值很遠(yuǎn)?，F(xiàn)在出現(xiàn)了很多功能很強的模擬仿真工具，因此有可能在預(yù)測 功率損耗和熱設(shè)計的校核方面做一些改進(jìn)。然而，為了確保長期可靠性，運用復(fù)雜的限流技 術(shù)可以更進(jìn)一步地把最高結(jié)溫(或者最大功率損耗)維持在一個預(yù)定的數(shù)值以下。動態(tài)負(fù) 載變化所引的任何熱響應(yīng)的改變都可以直接地進(jìn)行測量，并且用閉路控制的方法來修正。熱阻發(fā)散出去的功率Pd決定於導(dǎo)熱性能，熱量流動的面積以及溫度梯度，如下式所示：P

36、d=K*AndT/dx (2.1)式中An是垂直於熱量流動方向的面積，K是熱導(dǎo)，而T是溫度?？墒沁@個公式并沒 有甚麼用處，因為面積An的數(shù)值我們并不知道。對於一只半導(dǎo)體器件，散發(fā)出去的功率可 以用下式表示：Pd=AT/Rth (2.2)以及Rth = AT/ Pd (2.3)其中AT是從半導(dǎo)體結(jié)至外殼的溫度增量，Pd是功率損耗，而Rth是穩(wěn)態(tài)熱阻。芯片 溫度的升高可以用式(2.2)所示的散熱特性來確定。考慮到熱阻與時間兩者之間的關(guān)系，我 們可以得到下面的公式：Zth(t)= Rth1-exp(-t/t ) (2.4)其中(是所討論器件的半導(dǎo)體結(jié)至外殼之間的散熱時間常數(shù)，我們也認(rèn)為Pd是在脈 沖

37、出現(xiàn)期間的散發(fā)出去的功率。那麼，我們可以得到：T(t)=Pd Zth(t) (2.5)如果Pd不是常數(shù)，那麼溫度的瞬態(tài)平均值可以近似地用下式表示：T(t)=Pavg(t) Zth(t) (2.6)其中Pavg(t)是散發(fā)出去的平均功率。作這個假定是合情合理的，因為瞬態(tài)過程的延續(xù) 時間比散熱時間常數(shù)短。由於一只MOSFET的散熱時間常數(shù)為100ms的數(shù)量級，所以一 般這并不成其為問題。熱阻可以由產(chǎn)品使用說明書上得到，它一般是用“單脈沖作用下的有 效瞬態(tài)過程的熱阻曲線”來表示圖1 Zth(t)瞬態(tài)熱阻3. SPICE的實現(xiàn)本文提出的模型使用一種不同的PSPICE模擬量行為模型(ABM)建模技術(shù)。事

38、實上， 利用這種建模方法，使用者可以用數(shù)學(xué)的方法建立模型，不必使用更多的資源?？梢钥吹?，由SPICE內(nèi)的MOSFET模型，并不能以溫度結(jié)點的形式直接得到溫度。 然而，可以用圖4中所示的“竅門”來解決這個問題。為了做到這點，把MOSFET M1表示成為一個普通的Level-3 MOS模型加上一個電 路。晶體管M1僅僅是“感知”溫度，溫度是指通用的SPICE變量“Temp”。為了評價溫度 對漏極電流的影響(由M1我們只能夠確定在溫度“Temp”例如在27 C時，電流隨著漏 極電壓的變化)，增加了電路G1。這部份電路可以看成是電流受控制的電流產(chǎn)生器： Id(G1)=Id(M1) - f(VGS,VD

39、S,Tj,VTH,) (3.1)在式(3.1)中的?數(shù)f的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以從器件的輸出特性通過內(nèi)插法很容易得到。它與 M1的模型有關(guān)，因而可以建立模擬量行為模型(ABM)。計算 Tj(t)當(dāng)大功率MOSFET工作在重復(fù)脈沖或者單脈沖的情況下，知道了平均功率損耗，然彳爰 將功率損耗乘以熱阻Zth(t)，就可以得到模型的溫度。在電路中，熱阻Zth(t)的數(shù)值是用電 壓來表示的，使用的符號為V(Zth(t)。參看模型G2,現(xiàn)們來計算M1的瞬時功率損耗：Pd(t)=VDSG1(t) IDG1(t)(4.1)其中IDG1(t)=IdM1(t) f(VGS,VDS,Tj,Vth,) (4.2)在式(4.1)

40、中，Pd(t)是“ELAPLACE”的輸入量。ELAPLACE起積分的作用，於是得 到消耗的能量E(t)；由此可以得到平均功率損耗如下Pave(tk)= E(tk)/tk(4.3)Pave(tk)當(dāng)然是與時間有關(guān)的，因為這個參數(shù)是隨著模擬仿真的進(jìn)行而改變的。因此，平均功率損耗Pave(tk)是變化的，它代表從 模擬仿真開始到時刻tk這段時間的功率損耗的平均值。熱阻曲線Zth(t)可以以不同方式納 入到這個模型中。我們可以把單個脈沖響應(yīng)用於Cauer或者Foster網(wǎng)絡(luò)。我們也可采用 a)列表來表示，b)電壓產(chǎn)生器VPULSE，c) 一種激勵電壓產(chǎn)生器。芯片溫度增高的平均 值Tj-c(t)決定於

41、 Pave(t)，再乘上 Zth(t)。因此Tj-c(t)可以用下式表示：Tj-c(t)= Pave(t) Zth(t).+Tcase (4.4)其中Tcase取等於環(huán)境溫度。模擬仿真結(jié)果及測量結(jié)果在柵極驅(qū)動信號為不同類型的情況下進(jìn)行了模擬仿真。下面圖中的曲線是模擬仿真的結(jié) 果。這些模擬仿真的結(jié)果是用新的SuperMESHTM STP14NK50ZFP高電壓MOSFET測 量得到的，MOSFET是裝在絕緣的外殼中。這種MOSFET器件是用本公司專有的Mesh OverlayTM技術(shù)的經(jīng)過優(yōu)化而制造的產(chǎn)品。下面是它的主要性參數(shù)：BVDSS RDS(on)STP14NK50ZFP(TO-220FP

42、) 500V 0.38在很寬的溫度范圍上進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如圖7示。圖2不同溫度Tj時的輸出特性曲線(實測結(jié)果)圖3在不同的Tj時的輸出性曲線(模擬結(jié)果)圖4 電路圖圖5在10V時的RDS(on)(模擬結(jié)果)圖6 在10V時的RDS(on)(實測結(jié)果)圖7在10V時的VDS(on)(模擬結(jié)果)圖8在10V時的VDS(on)(實測結(jié)果)圖9 (從上至下)：A) Tj隨時間的變化C)漏極電流結(jié)論本文介紹了大功率MOSFET的一種新型的PSPICE電路模型，其中包含熱模型，利 用這個模型，設(shè)計人員可以確定硅芯片在瞬變過程中任何給定時刻的平均溫度。這個電路包 含電氣特性和熱特性之間的動態(tài)關(guān)系。唯一需

43、要的輸入?yún)?shù)可以很容易地從制造商提供的產(chǎn) 品說明書中得到。這些參數(shù)是熱阻、RDS(on)隨溫度的變化，等等。這個模型也可以用 於其它的半導(dǎo)體器件，包括雙極型晶體管?？梢韵嘈?，這里提出的模型可以用於對器件的熱性能進(jìn)行全面的分析，從而改進(jìn)它的長 期可靠性。致謝本文作者借此機會感謝在Catania的MOSFET和IGBT產(chǎn)品技術(shù)和市場部的寶貴建議 和支持。參考文B.J. Baliga , Modern Power Device.Dr. P. Turkes, Dr. M. M?rz, P. Nance, SPICE Models for SIPMOS Compon ents Application N

44、ote.Jon Mark Hancock Siemens Microelectronics A Hierarchical Cross-Platform P hysics Based MOSFET Model for SPICE and SABER.Dr. John W. Sofia Fundamentals of Thermal Resistance Measurement.Dr. John W. Sofia Electrical Thermal Resistance Measurements for Hybrids and Multi-Chip Packages.技術(shù)交流_2003年1月30

45、日資料5傳熱過程中的基本問題可以歸結(jié)為：1、載熱體用量計算2、傳熱面積計算3、換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計4、提高換熱器生產(chǎn)能力的途徑。解決這些問題，主要依靠兩個基本關(guān)系。（1）熱量衡算式根據(jù)能量守恒的概念，若忽略操作過程中的熱量損失，則熱流體放出的 熱量等于冷流體取得的熱量。即Q熱=。冷，稱為熱量衡算式。由這個關(guān)系式可以算得載 熱體的用量。（2）傳熱速率式換熱器在單位時間內(nèi)所能交換的熱量稱為傳熱速率，以Q表示，其單位 W。實踐證明，傳熱速率的數(shù)值與熱流體和冷流體之間的溫度差A(yù)tm及傳熱面積S成正比，即：Q=KSAtm（3-1）S=nnd L（3-2）式中：Q傳熱速率，W； S傳熱面積，m2； Atm溫度

46、差，0C；K傳熱系數(shù)，它表明了傳熱設(shè)備性能的好壞，受換熱器的結(jié)構(gòu)性能、流體流動情況、流 體的物牲等因素的影響，W/m2- C ； n 管數(shù)； d 管徑，m ； L 管長，m。若將式（3-1）變換成下列形式：Q/S=Atm/(1/K)(3-3)式中：Atm傳熱過程的推動力，C1/K 傳熱總阻力(熱阻)，m2- C/W。則單位傳熱面積的傳熱速率正比于推動力，反比于熱阻。因此，提高換熱器的傳熱速率的途 徑是提高傳熱推動力和降低熱阻。另一方面，從式(3-1)可知，如杲工藝上所要求的傳熱量Q己知，則可在確定K及Atm 的基礎(chǔ)上算傳熱面積S，進(jìn)而確定換熱器的各部分尺寸，完成換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本章主要介紹應(yīng)

47、用這兩個基本關(guān)系解決上述四個問題。介紹的范圍以穩(wěn)定傳熱為限。所謂穩(wěn) 定傳熱是指傳熱量與時間無關(guān)，即每單位時間內(nèi)的傳熱量為定值。反之，傳熱量隨著時間而 變的則是不穩(wěn)定傳熱，一般在化工連續(xù)生產(chǎn)中都屬穩(wěn)定傳熱。就傳熱機理而言，任何熱量傳遞總是通過傳導(dǎo)、對流、輻射三種方式進(jìn)行的。傳熱可依靠其 中一種方式或幾種方式同時進(jìn)行，凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動第三節(jié)傳熱計算間壁式傳熱是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的傳熱方式。在絕大多數(shù)情況下，這種傳熱是大規(guī)模連續(xù)進(jìn)行的。在這過程中，不論是熱流體，還是冷流體或固體壁面，各點的溫度不隨時間而變，故屬于穩(wěn)定傳熱過程。我們主要討論穩(wěn)定過程。傳熱計算主要有兩方面內(nèi)容：一類

48、是設(shè)計計算，即根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳熱 面積；另一類是校核計算，即計算給定換熱器的傳熱量，流體的流量或溫度等。二者均以換熱器的熱量衡算和傳熱速率方程為計算的基礎(chǔ)。一、熱量衡算對間壁式換熱器作能量衡算，因無外功加入，且位能和動能項均可忽略，故實際上為焓衡算。焓差法Q=qm,h(Hh1-Hh2)= qm,c(Hc2-Hc1)式中 qm-質(zhì)量流量，kg/sH-單位質(zhì)量流體的焓，J/kg顯熱法潛熱法二、總傳熱速率方程總傳熱速率方程如前所述，兩流體通過管壁的傳熱包括以下過程：熱流體在流動過程中把熱量傳給管壁；通過管壁的熱傳導(dǎo)；熱量由管壁另一側(cè)傳給冷流體。（二）總傳熱系數(shù)（三）污垢熱阻三、平均

49、溫度差一般情況下，冷，熱流體在穩(wěn)定換熱的設(shè)備內(nèi)分別在間壁兩側(cè)沿傳熱面進(jìn)行吸熱或放熱流體 的溫度沿傳熱面逐漸變化。局部溫度差也是沿傳熱面而變化的。當(dāng)液體發(fā)生相變時，則其溫度保持不變。當(dāng)兩側(cè)均為變溫時，兩流體又有順流和逆流之分。這幾種情況下溫度沿傳熱面的變化如圖5 9所示。對一側(cè)變溫或兩側(cè)變溫的情形，設(shè)冷，熱兩流體的比熱容為常數(shù)，總傳熱系數(shù)為常數(shù)，熱損失可忽略，則在穩(wěn)定傳熱時可用下列方法計算平均溫度差。Q=KStm逆流操作與順流操作相比較，具有如下幾方面的優(yōu)點：加熱時，若冷液體的初溫終溫處理量以及熱流體的初溫一定由于逆流時熱流體的終溫有 可能小于冷流體的終溫，故其熱流體消耗量有可能小于順流者。冷卻

50、時的情況相似，冷流體消耗量有可能小于順流者。2 .完成同一傳熱任務(wù)。若熱冷流體消耗量相同，由于逆流的對數(shù)平均溫差大于順流，故所需的傳熱面積必小于順流。由此可見，除個別特殊情況外，應(yīng)選擇逆流操作較為有利。至于順流操作，它主要用于加熱時必須避免溫度高于某一限定溫度，或冷卻時必須避免溫度低于某一限度的場合。在實際換熱器中，往往還伴有更復(fù)雜的情況。一種是兩液體的流動不是平行而是正交的，這 種流動方式稱為錯流。第二種情形是兩流體雖作平行流動，但對一部分管子而言屬順流，對另一部分管子而言屬逆流，這種流動稱為折流。對于錯流和折流，其平均傳熱溫差可用下法求?。菏紫葘⒗錈嵋后w的進(jìn)出口溫度假定為逆流操作下的溫度，

51、求取其對數(shù)平均溫差，然后乘以修正系數(shù)，即得平均溫度差：傳熱的強化強化傳熱的目的是以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。強化傳熱有如下幾種途徑：加大傳熱面積加大傳熱面積可以增加傳熱量，但設(shè)備增大，投資和維修費用也隨之增加。要看傳熱量的增加數(shù)值能補償費用上的增加。增加平均溫差平均溫差愈大，自然熱流量愈大。理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦 法，但往往受客觀條件和工藝條件的限制。另外，在一定的條件下，采用逆流方法代替順流，也可提宣平+E旦妾回均皿石j減小傳熱阻根據(jù)熱阻的分析，一般金屬間壁的導(dǎo)熱熱阻是較小的，所以強化措施通常不放在此點上。但 當(dāng)這項熱阻占有顯著分量時，減小壁厚或使用熱導(dǎo)率

52、較高的材料，顯然可以收效，重要的問題在于需要經(jīng)常保持壁面清潔。有時，防止污垢形成或經(jīng)常清除垢層成為很重要的強化措施。熱阻中，重要的是兩側(cè)傳熱熱阻，必須細(xì)心地考慮其強化措施。加大流速，提高湍動程度， 減小層流內(nèi)層厚度，均有利于提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。第四節(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式用牛頓冷卻定律處理復(fù)雜的對流傳熱，實質(zhì)上是把一切復(fù)雜的影響因素均集中于表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)。因此，對對流傳熱珠形容便轉(zhuǎn)化為對各種具體情況的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的研究。一對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)方程（一）影響對流傳熱的因素實驗表明，影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素有以下幾個方面：流體的種類和相變化的情況液體氣體和蒸汽都有不同的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。牛頓型流體和非牛頓型流體也是

53、這樣。流體有無 相變化，對傳熱有明顯不同的影響。流體的流動狀態(tài)流體擾動程度愈高，層流內(nèi)層的厚度愈薄，對流傳熱系數(shù)也就愈大。流體流動的原因自然對流是由于流體內(nèi)部存在溫度差，因而各部分流體的密度不同，引起流體質(zhì)點的相對位 移。強制對流是由于如泵攪拌器等外力的作用迫使流體流動，通常強制對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比自 然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大得多。流體的物理性質(zhì)對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響圈套的流體物性有流體的密度粘度熱導(dǎo)率和比熱容等。流體的物理性質(zhì)不同，流體和壁面間的對流傳熱也不同。傳熱面的形狀大小及位置管板管束等不同形狀的傳熱面，管徑管長或板的高度，管子排列方式，水平或垂直旋轉(zhuǎn)等都影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。（二）量綱分析法綜

54、上所述，影響對流傳熱的因素很多。工程上常采用的是特征數(shù)方程或稱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式。它 是通過實驗得到數(shù)據(jù)后，再經(jīng)理論分析整理而成的。（三）各特征數(shù)的物理意義通過推導(dǎo)得到的特征數(shù)方程式含有四個量綱為一的數(shù)群。它們的物理意義如下：1 .努塞爾數(shù)，或稱傳熱數(shù)，符號為，即：雷諾數(shù)，或稱流動數(shù)，即：普朗特數(shù)，或稱物性數(shù)，即：格拉曉夫數(shù)，即：在采用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時，必須注意：應(yīng)用范圍。特征數(shù)關(guān)聯(lián)式是嚴(yán)格應(yīng)用在一定范圍內(nèi)的公式，決不應(yīng)隨意推廣。定性溫度。計算特征數(shù)式中各特征數(shù)時，其所含的物性的數(shù)值應(yīng)根據(jù)訪式所指定的溫度來確 定。此溫度稱為定性溫度。一般是選取對傳熱過程起主要作用的溫度人微言輕定性溫度。定性尺寸。計算

55、特征數(shù)式中含幾何尺寸的特征數(shù)時，也是其指定的固定邊界的某一尺寸，稱 為定性尺寸。定性尺寸一般也是選取對流體流動和傳熱有決定影響的固體表面尺寸。例如管內(nèi)流 動傳熱用內(nèi)徑，管外對流傳熱用外徑，套管間隙內(nèi)的傳熱用當(dāng)量直徑等。二流體無相變時的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式（一）流體在管內(nèi)強制（二）流體在管外強制對流（三）自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)三流體有相變時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式沸騰和冷凝時的傳熱發(fā)生有相變的傳熱。在沸騰和冷凝時必然伴隨著流體的流動，故沸騰和 冷凝傳熱同樣發(fā)生對流傳熱。（一）蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝方式蒸汽與低于其飽和溫度的壁面相接觸，即冷凝成液體附著于壁面上，并放出冷凝潛熱。蒸汽 在壁面上冷凝

56、可分滴狀冷凝和膜狀冷凝兩種情況。（二）液體沸騰時的對流傳熱液體沸騰的主要特征是汽泡的形成及其運動。液體沸騰的過程根據(jù)傳熱溫度的變化，液體沸騰傳熱過程要經(jīng)歷如下四個階段：自然對流階段泡核沸騰階段膜狀沸騰階段穩(wěn)定膜狀沸騰。影響沸騰傳熱的因素液體沸騰傳熱的上述各階段中，泡核沸騰在工業(yè)上具有重要的意義。泡核沸騰的主要特點是 汽泡在加熱面上形成和發(fā)展，并脫離表面而作上升運動。因此，凡是影響汽泡生成強度的因素， 均能影響沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)液體沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)資料6科友熱傳技術(shù)理想中的散熱這是各材料間熱傳導(dǎo)能力的比較圖表設(shè)計散熱器的基本概念，可以精簡成一個數(shù)學(xué)方程式，它代表了排除外界因素后，兩個導(dǎo)體 間的熱能

57、對流：Iw = ?x (T1-T2) x (I/A)我們一個個簡單說明吧：Iw代表兩個不同物體(材料)間，若有溫度上的差異(T1與T2) 存在時的熱能對流量。I代表兩的物體間的距離，而A則代表表面積。Gamma代表的是熱 傳導(dǎo)系數(shù)。大致看一下這個方程式，您就會了解理想中的散熱器設(shè)計應(yīng)該要有怎樣的品質(zhì)了。 溫度差距(T1-T2)是造成熱對流的因素，另外它也會大大的被材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)(gamm a)以及散熱表面積所影響。我想這些應(yīng)該充分說明了基本的概念了吧？風(fēng)冷散熱器對于現(xiàn)在的電腦產(chǎn)品而言，無論是預(yù)算上看，還是從實際散熱效果上看，風(fēng)冷散熱是最好的 方式。影響風(fēng)冷散熱器散熱效果的五大要素散熱風(fēng)扇散熱

58、片導(dǎo)熱介質(zhì)扣具環(huán)境(溫度)影響風(fēng)扇性能的確定項目風(fēng)量風(fēng)壓轉(zhuǎn)速影響散熱片性能的確定項目導(dǎo)熱系數(shù)受風(fēng)面積影響導(dǎo)熱介質(zhì)性能的確定項目導(dǎo)熱系數(shù)熱阻填充能力影響扣具性能的確定項目A.應(yīng)力分布與大小B.重心位置（6）風(fēng)冷散熱原理從熱力學(xué)的角度來看，物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在時，就必然發(fā)生熱從 高溫處傳遞到低溫處，這是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種現(xiàn)象。而熱傳遞的方式 有三種：輻射、對流、傳導(dǎo)，其中以熱傳導(dǎo)為最快。熱源（CPU或其它部件）將熱量以熱傳導(dǎo)方式傳至導(dǎo)熱介質(zhì)，再由導(dǎo)熱介質(zhì)傳至散熱片基 部，由基部將熱量傳至散熱片肋片并通過風(fēng)扇與空氣分子進(jìn)行受迫對流，將熱量散發(fā)到空 氣中。風(fēng)扇不斷

59、向散熱片吹入冷空氣，流出熱空氣，完成熱的散熱過程。風(fēng)冷散熱器的熱計算計算公式傳熱量散熱量熱阻說明Q1:傳熱量K：傳熱系數(shù)T1:平均傳熱溫差Q2：散熱量（單位：W）G：散熱氣流量（單位：kg/s ）Cp：比定壓熱容（單位：kJ/kg-r ）qv :需求風(fēng)量（單位：m3 /min）p：氣流密度（單位：kg/m3 ）T2：氣流溫差（單位：。C）R1：散熱片與環(huán)境熱阻（單位：。C /W）資料7揭開散熱鰭片的神秘面紗：基礎(chǔ)熱學(xué)時間：11/17/2002 9:44:03 PM來源：蜂鳥工作室 閱讀177次1、序言制隨著雷胸中央虔理器的畤膿不慝斤成畏，中央虔理器走生的熟量也越來越簫人，古早的中央虔 理器不需

60、要散熟片，而現(xiàn)今的走品則是不安裝散熟片可能畬燎毀，臺灣被W硬醴的裂 造王閾，雷胸的DIY MM盛行，而雷胸硬醴的超原也跟著大行其道，舄了瘠中央虔理 器的畤月質(zhì)能鉤跑的更高，蔽商跟著不慝斤的推出各式各檬的散熟器忑罔路上千奇百怪的超原理 粉粉出菁備在本文中不言寸如何逵行超步黑而是金十瑩寸目前市面上最常見的鰭片各吉橫之空冷 散熟器，譽言式以經(jīng)遏孥徘亍言登的流醴力孥和熟傅孥理言制來探言寸其言殳輿性能之僵劣，業(yè)希 望能鉤提供者一些正碓的念，業(yè)辱正一些常見的散Wo 致引上感 sarion先生在文字、文意上的斟酌輿校稿2、理基磋：所有物醴的熟傅可以分成三豐重：熟傅辱、熟瑩寸流及熟幅射。一般而言，熟幅射出去的