電子組裝工藝與設備(大二下學期)電子設備的熱設計第1節(jié)概述

第二章電子設備熱設計第一節(jié)概述第1頁熱設計概述熱設計原因

電子設備工作時，輸出功率往往只占輸入功率一部分，其功率損失普通都以熱能形式散發(fā)出來。另外設備溫度與周圍環(huán)境溫度也有親密聯(lián)絡，當環(huán)境溫度較高時，設備工作時所產(chǎn)生熱能難以散發(fā)出去，將使設備溫度提升，若溫度超出了元器件極限溫度，就會引發(fā)設備工作狀態(tài)改變，縮短使用壽命，甚至損壞。第2頁熱設計定義就是依據(jù)傳熱學基本原理,采取各種散熱伎倆，使設備工作溫度不超出其極限溫度，從而確保電子設備在預定環(huán)境條件下穩(wěn)定可靠地工作。第3頁熱設計分類按傳熱機理：自然冷卻強迫冷卻液體冷卻蒸發(fā)冷卻第4頁冷卻方法選擇依據(jù)：熱流密度、表面散熱功率系數(shù)、體積發(fā)燒功率系數(shù)

熱流密度：單位面積（1平方米）截面內(nèi)單位時間（1秒）經(jīng)過熱量。

表面散熱功率系數(shù)：單位面積內(nèi)所能散發(fā)出去功率大小。

體積發(fā)燒功率系數(shù)：單位體積內(nèi)發(fā)燒功率大小。第5頁第6頁熱傳遞方式熱是物體內(nèi)能，稱為熱能。哪里有溫度差，哪里就有換熱現(xiàn)象，就有熱量傳遞。熱量總是自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體。熱能傳遞方式主要有三種：熱傳導、對流換熱、輻射換熱。第7頁熱傳導指物體內(nèi)部或兩物體接觸面間熱能交換。就一固體而言，這種換熱過程是指熱量由固體高溫區(qū)域轉(zhuǎn)移到低溫區(qū)域。不一樣固體之間導熱過程只有在它們接觸時才有可能發(fā)生，由高溫物體傳向低溫物體。在氣體和液體中進行單純導熱過程時，它們內(nèi)部必須沒有宏觀相對移動。第8頁以單層平壁導熱過程為例，得出以下公式：

Q-單位時間內(nèi)傳遞熱量，稱熱流量；

Δt-平壁兩側(cè)面溫度差；

δ-平壁厚度；

F-平壁面積；

λ-百分比常數(shù)，表征材料導熱性能，稱為導熱系數(shù)。

第9頁將上式改寫為此式類似于歐姆定律表示式：I=U/R故我們將δ/(λF)

稱為該平壁導熱熱阻。熱阻是指單位時間內(nèi)傳遞單位熱量所需溫度差，起阻止熱量傳遞作用。熱阻還能夠串聯(lián)、并聯(lián)等。第10頁利用熱傳導散熱主要辦法有：

1）選取導熱系數(shù)大材料制造導熱零件，可降低熱阻。

2）擴大熱傳導零件間接觸面積和壓力，接觸面應光滑平整。

3）盡可能縮短熱傳導路徑，同時，導熱路徑中不應有絕熱或隔熱元件。第11頁對流換熱指流體（氣體或液體）與固體表面直接接觸時，因為溫差引發(fā)相互之間熱能傳遞過程。在流體內(nèi)部，作為熱載體流體微團發(fā)生熱對流，在對流過程中微團又和周圍接觸流體進行熱傳導，即在流體內(nèi)部進行著熱對流和導熱綜合過程。

對流換熱是一個復雜換熱過程。

第12頁對流換熱量計算關系為：

Q—對流換熱量；

tw、tf—壁面和流體平均溫度；

F—換熱面積，；

α—平均對流換熱系數(shù)，它表示當流體和壁面溫度差為1℃時，在單位時間內(nèi)單位壁面面積和流體交換熱量，它大小說明對流換熱強弱。第13頁

將上式改寫成

對流換熱熱阻為1/(

F)。

第14頁利用對流散熱主要辦法

1）加大溫差。

2）加大散熱面積，采取有利于對流散熱散熱器和安裝位置。

3）加大對流介質(zhì)流動速度，選擇有利于對流換熱流體介質(zhì)，以帶走更多熱量。第15頁輻射換熱是指溫度不一樣兩個（或兩個以上）物體間相互進行輻射和吸收所形成換熱過程。習慣上僅將和溫度相關輻射稱為熱輻射。波長在0.1-40

m范圍內(nèi)射線就含有這種性質(zhì)，這一范圍內(nèi)射線稱為熱射線。輻射換熱與導熱和對流換熱不一樣，導熱和對流換熱僅發(fā)生冷、熱物體接觸時，而輻射不需如此，因為輻射能能夠在真空中傳輸。

第16頁在單位時間內(nèi)物體單位面積向外放射能量，即輻射力為

T-物體絕對溫度；

C-輻射系數(shù)，它和物體性質(zhì)、表面情況等原因相關，說明物體向外輻射能量能力。兩物體間輻射換熱量：第17頁

利用熱輻射來散熱主要辦法有：

1）在零、部件或散熱片上涂覆黑色或有色粗糙漆,以增強輻射能力。對熱敏感元件表面應做成光亮表面，以減小吸收輻射熱。

2）加大輻射體表面積。

3）加大輻射體與周圍環(huán)境溫差。第18頁傳熱過程

以平壁傳熱為例，假定有一個面積為F平壁，其厚度為δ，導熱系數(shù)為λ兩側(cè)面溫度分別為tw

1和tw

2，平壁兩邊分別是溫度較高tf1熱流體和溫度較低tf2冷流體，兩邊對流換熱系數(shù)分別為

1和

2

。第19頁

在流體和平板溫度不隨時間改變情況下，整個傳熱過程以下：左邊熱流體將熱量首先傳遞給左側(cè)板面，然后此熱量由左側(cè)板面?zhèn)鬟f給右側(cè)板面，最終同一熱量又由右側(cè)板面?zhèn)鬟f給冷流體，能夠看作是一個對流換熱-導熱-對流換熱綜合過程，從而實現(xiàn)了熱量從熱流體經(jīng)過間壁傳遞給冷流體過程。

第20頁從熱流體到左側(cè)壁面熱傳遞屬于對流換熱過程，其傳遞熱量為由左側(cè)壁面到右側(cè)壁面熱傳遞屬于熱傳導過程，其傳遞熱量為由右側(cè)壁面到冷流體熱傳遞又屬于一個對流換熱過程，其傳遞熱量為第21頁

而又有Q1=Q2=Q3=Q

由上面三式可得出：令：則：