电子设备热设计技术PPT资料.ppt

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周围空气温度、湿度、气压、空气流速，周围物体形状和黑度，日光照射速，周围物体形状和黑度，日光照射冷却剂种类冷却剂种类可利用的热沉可利用的热沉机载设备：

飞行高度、飞行速度、安装位置，有机载设备：

飞行高度、飞行速度、安装位置，有无空调舱，周围空气温度、速度等无空调舱，周围空气温度、速度等舱船设备：

周围空气温度、湿度，有无淡水，舱舱船设备：

周围空气温度、湿度，有无淡水，舱室温度，日照情况等室温度，日照情况等热设计基本要求热设计基本要求满足可靠性要求满足可靠性要求满足热环境的要求满足热环境的要求与维修性设计相结合，易维修与维修性设计相结合，易维修与电路设计同时进行与电路设计同时进行满足对冷却系统的限制要求满足对冷却系统的限制要求根据根据经济性、安全性等，选择冷却方法经济性、安全性等，选择冷却方法尺寸、重量、冷却所需功、尺寸、重量、冷却所需功、热设计基本原则热设计基本原则保证良好的冷却功能保证良好的冷却功能保证可靠性保证可靠性良好的经济性良好的经济性良好的维修性良好的维修性有良好的适应性有良好的适应性冷却方法选择（冷却方法选择

（1）自然散热（对流和辐射）自然散热（对流和辐射）强迫风冷强迫风冷浸没自然对流冷却浸没自然对流冷却强迫水冷强迫水冷浸没沸腾冷却浸没沸腾冷却10241024622410346824682246810-11001010-221温升温升表面热流密度表面热流密度W/cm2冷却方法选择（冷却方法选择

（2）空气空气空气空气介质液体介质液体水水介质液体介质液体水水介质液体介质液体自然散热自然散热强迫对流强迫对流蒸发冷却蒸发冷却1.16311.63116.3116311630传热系数传热系数W/m2空气流速空气流速315m/S流体流速流体流速0.31.5m/S电子设备热设计理论基础电子设备热设计理论基础传热学传热学（传热计算传热计算）流体力学流体力学（阻力计算阻力计算）辐射辐射对流对流导热导热导导热热单层平壁导热单层平壁导热导热基本定律导热基本定律温度场温度场导热热阻导热热阻多层平壁导热多层平壁导热单层圆筒壁导热单层圆筒壁导热多层圆筒壁导热多层圆筒壁导热接触热阻的影响因素接触热阻的影响因素接触表面接触点的数量、形状、大小及分布规律接触表面接触点的数量、形状、大小及分布规律接触表面的几何形状（波纹度和粗糙度）接触表面的几何形状（波纹度和粗糙度）接触表面的硬度接触表面的硬度间隙中介质种类（真空、液体、气体等）间隙中介质种类（真空、液体、气体等）非接触间隙的平均厚度非接触间隙的平均厚度接触表面的压力大小接触表面的压力大小接触表面的氧化程度和清洁度接触表面的氧化程度和清洁度接触材料的导热系数接触材料的导热系数减小接触热阻的方法减小接触热阻的方法加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料加低熔点合金（铟合金）加低熔点合金（铟合金）提高界面间的接触压力提高界面间的接触压力在接触表面涂一薄层导热脂（膏）在接触表面涂一薄层导热脂（膏）导热的数值分析导热的数值分析有限元素法有限元素法有限差分法有限差分法有限差分法求解步骤有限差分法求解步骤

（2）讨论与该差分格式对应的线形代数方程）讨论与该差分格式对应的线形代数方程解的唯一性解的唯一性（3）求解代数方程组，得到区域内的温度分布）求解代数方程组，得到区域内的温度分布

（1）构成差分格式）构成差分格式有限元素法求解步骤有限元素法求解步骤

（2）写出单元的泛函表达式）写出单元的泛函表达式（3）构造每个单元内的插值函数）构造每个单元内的插值函数

（1）区域离散化）区域离散化（5）构成代数方程组）构成代数方程组（6）求解代数方程组）求解代数方程组（4）求泛函极值条件的代数方程表达式）求泛函极值条件的代数方程表达式对流换热影响因素对流换热影响因素流体流动发生的因素流体流动发生的因素流体流动的状态流体流动的状态换热面的几何形状和位置换热面的几何形状和位置流体的物理性质流体的物理性质对流换热系数对流换热系数对流换热现象换热系数空气自然对流310气体强迫对流20100水自然对流2001000水强迫对流100015000水沸腾200025000高压水蒸汽强迫对流5003500水蒸汽凝结500015000对流换热计算对流换热计算准则数准则数名称名称物理意义物理意义定性温度：

定性温度：

特征尺寸特征尺寸准则方程准则方程竖放平竖放平板柱体板柱体水平板水平板（热面朝上热面朝上）水平板水平板（热面朝下热面朝下）10910921072107310531010流态流态层流层流紊流紊流层流层流紊流紊流层流层流C0.100.590.540.150.27n1/41/31/41/31/4特征尺寸特征尺寸高度高度正方形取边长正方形取边长圆盘取圆盘取0.901狭长条取短边狭长条取短边矩形矩形L=2ab/（a+b）自然对流换热计算自然对流换热计算管内流动管内流动定性温度定性温度:

流体平均温度流体平均温度特征尺寸特征尺寸:

管子内径或当量直径管子内径或当量直径紊流紊流准则方程准则方程层流层流准则方程准则方程注注:

上述公式或适用于直管、长管上述公式或适用于直管、长管否则要乘相应修正系数否则要乘相应修正系数强强迫迫对对流流换换热热定性温度定性温度:

特征尺寸特征尺寸:

流体流动方向板或柱体的长度流体流动方向板或柱体的长度L紊流紊流准则方程准则方程层流层流准则方程准则方程强强迫迫对对流流换换热热计计算算沿平板流动（或沿柱体轴线流动）沿平板流动（或沿柱体轴线流动）对流换热的数值计算对流换热的数值计算连续方程连续方程能量方程能量方程动量方程动量方程辐射换热的基本概念辐射换热的基本概念吸收率吸收率反射率反射率穿透率穿透率辐射换热的基本定律辐射换热的基本定律普朗克定律普朗克定律四次方定律四次方定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律实际物体的辐射和吸收实际物体的辐射和吸收黑体的辐射黑体的辐射角系数角系数交叉线法交叉线法有效辐射有效辐射平行平板间的辐射换热平行平板间的辐射换热辐辐射射换换热热计计算算黑度黑度:

主要取决于物体表面状态主要取决于物体表面状态热阻网络计算法热阻网络计算法（两个表面以上的辐射计算两个表面以上的辐射计算）表面热阻表面热阻空间热阻空间热阻两表面间两表面间传传热热计计算算热流体热流体冷流体冷流体固体壁固体壁（平壁或圆筒平壁或圆筒）圆圆筒筒壁壁肋肋壁壁传传热热肋效率：

肋效率：

热热阻阻辐射热阻辐射热阻对流热阻对流热阻导热热阻导热热阻接触传热接触传热电子设备自然冷却设计技术电子设备自然冷却设计技术自然冷却设备的结构因素自然冷却设备的结构因素机壳热设计机壳热设计机壳通风孔面积机壳通风孔面积机壳表面处理机壳表面处理PCB自然冷却热设计自然冷却热设计印制线（导体）尺寸的确定印制线（导体）尺寸的确定PCB上元器件热安装技术上元器件热安装技术尽量利用尽量利用DIP的引线导热的引线导热粘接技术粘接技术采用散热采用散热PCB（导热条、导热板、夹芯板）（导热条、导热板、夹芯板）冷热分区排列冷热分区排列元件排列方向有利于气流流动与冷却（阻力）元件排列方向有利于气流流动与冷却（阻力）减小元件热应变的安装技术减小元件热应变的安装技术导轨热设计导轨热设计PCB热计算热计算均匀热负荷导热条热计算均匀热负荷导热条热计算普通普通PCB热计算热计算

（1）

（2）（3）（4）半导体用散热器热计算半导体用散热器热计算集成电路的热分析集成电路的热分析离散热源产生的收缩效应离散热源产生的收缩效应

（1）无限大的导热介质上的圆热源）无限大的导热介质上的圆热源（3）长窄条热源在有限导热介质上）长窄条热源在有限导热介质上

（2）有限大的导热介质上的圆热源）有限大的导热介质上的圆热源（4）短而窄热源在有限导热介质上）短而窄热源在有限导热介质上表面温度表面温度r1-热源半径，热源半径，r2-圆柱半径圆柱半径长窄条热源长窄条热源收缩效应收缩效应有限大圆形导热介质有限大圆形导热介质无限大圆形导热介质无限大圆形导热介质短窄条热源短窄条热源其中其中2a-2a-热源宽度，热源宽度，2b-2b-窄条宽度，窄条宽度，l-l-窄条长度窄条长度2d2d窄条热源长度，窄条热源长度，2c2c短条长度短条长度典型微电路组装图典型微电路组装图芯片结到外壳的传热芯片结到外壳的传热2.52W3.24W2.81W3.03W55电子设备强迫空气冷却电子设备强迫空气冷却单个元件风冷单个元件风冷整机鼓风冷却整机鼓风冷却整机抽风冷却整机抽风冷却大机柜中屏蔽盒的通风冷却大机柜中屏蔽盒的通风冷却出风口出风口外部对流外部对流外部辐射外部辐射内部对流内部对流风机风机滤尘器滤尘器空气入口空气入口大机柜大机柜PCB热计算热计算每厘米每厘米7个肋片（铝）个肋片（铝）160入口入口出口出口元器件元器件0.6多层印制板多层印制板0.954.8941.20.233100空芯空芯PCB风冷风冷PCB组组件件风风冷冷出口出口PCB2.5空气入口空气入口轴流风机轴流风机雏形风道雏形风道机壳机壳200

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）表表2第第1点点第第2点点第第3点点第第4点点第第5点点第第6点点A（cm2）V1（cm/s）V2V3HV1（cmH2O）HV2HV31240080012000.0980.3920.88312.837575011250.0860.3450.7769.6549799514900.0750.3030.6812.253056099140.1140.4541.0245.751202393580.00880.0350.07851202393580.00880.0350.0785系统的压力损失系统的压力损失表表1通道形式通道形式说明说明速度头速度头（HV）损失数损失数普通管道端普通管道端发蓝管道端发蓝管道端圆滑进口圆滑进口伸出进口伸出进口0.040.490.932.70速度头速度头通风机工作点确定通风机工作点确定恒速风扇；

恒速风扇；

3相，相，115伏，伏，400周周454JS马达马达15500转转/分，分，25瓦瓦变速风扇（变速风扇（Altivar）：

单相）：

单相400，415YS马达马达11000转转/分，分，18瓦瓦不稳定点不稳定点机箱阻力曲线机箱阻力曲线543210510152021ABm3/mincmH2O通风机的选择通风机的选择种类、特点种类、特点工作点工作点特性曲线特性曲线通风机串联通风机串联通风机并联通风机并联结构因素对风冷效果影响结构因素对风冷效果影响通风机位置通风机位置元件的排列元件的排列风道结构形式风道结构形式热源位置热源位置紊流器紊流器漏风的影响漏风的影响风冷设计基本原则风冷设计基本原则合理控制气流和分配气流合理控制气流和分配气流集中热源，单独风冷集中热源，单独风