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1、转载转载 散散热热在在结结构构设计设计中的中的应应用用原文地址：散热在结构设计中的应用作者：liliang 19831021根据热传导的途径来说，散热相应有以下三种主要方式：一、散热片导热式散热1、良好接触面：要求发热件与散热片要有良好接触，尽可能降低接触热阻，所以最好有大的接触面，接触面还需要有较高的光洁度，为了弥补因接触面的粗糙而导致的贴合不良，可以在中间涂抹导热脂，可以有效降低接触热阻；2、良好的导热材料：铜、铝都有较好的导热性能，铜的导热系数虽然优于铝，但铜有密度太高、价格贵的缺点，所以实际应用中铝材是应用最多；3、散热片固定方式：这个也是比较重要的一环，如果不能把发热件与散热片良好接
2、触，也是无法有效把热量传导到散热器上的，应用中有直接用螺丝钉紧固的，也有用弹簧片压固的，可以根据需要选择设计，需要说明的是，有些功率器件和散热片之间有绝缘要求，中间选用的绝缘材料就一定要选用低热阻的材料，比如：聚脂薄膜、云母片等，实际安装中还要注意固定位置应使用受力均匀分布；4、散热片的形状：包括页片与基材的形状尺寸，要有尽可能加大散热表面积，这样散热片的热量才能快速与周围空气对流，比如说增加页片数目、在页片上做波浪纹都是好办法；基材要厚一些比较好，长而薄的散热片效率很差，在远端基本上是不起作用的了；二、对流散热1、自然对流：发热器件或者散热片的热量可以是依靠自然对流散热，这样的话，发热件或者
3、散热片最好以长边取为垂直方向为佳，而且要尽量使散热片的横断面与水平面方向平行，因为热空气是上升的，这样才比较有利于空气流通，象单面页片式的散热器就比较适合安装在机体背板以自然对流方式散热；2、强制对流：采用风扇强制吸、排的方式拉动一个风场来加强空气对流，是比较有效的散热方式，可以根据需要选择合适的风扇规格与数目，在设计上要注意的有这么几点：A、各风扇风场方向要一致，不要互相打架，否则效率肯定大打折扣，对机箱内部来说最好有相应的进风口与出风口，可以参考一下下面的附图，是一块显卡的散热设计；B、采用强制风冷时，对于页片式散热片来说，要使页片方向与风道气流方向一致c、机箱上要根据风场的需要留出相应的
4、散热孔，散热孔并非越多、越大就越好，首先散热孔的大小根据不同的安规等级有相应限制，还要考虑EMI的要求(可以参考一下附图)；另外，重为重要的是：散热孔的分布要与风道气流的流向吻合，三、辐射散热这种散热方式给设计者留出的空间相对较少，对于发热器件与散热片来说，表面光洁度越高，辐射效率越差，所以比较廉价而且较有效的一个手段是把铝型材散热器表面做氧化处理，这层氧化层可以大大改善辐射效率(比如，一个表面研磨光洁的散热片，表面辐射率可能在0.1左右，做过氧化处理后，辐射率的值可以升高到1散热结构一般来讲是指强迫风冷，1、风机的先择：选择风机时，应考虑的因素包括：风量，风压，效率，空气流速，系统或风道的阻
5、力特性，应用环境条件，噪声，以及体积，重量等，其中风量和风压是主要参数，要求风量大，风压低的设备，尽量采用轴流式风机，(反之，则选用离心式风机)；所选风机的风量或风压不能满足要求时，可以采用串联或并联的方式来满足要求。2、风机的安装：A,外壳进风孔(或出风孔)的总面积要不小于风机总的通风面积；B,风机不论是抽风还是鼓风，安装时都最好不要直接贴装在开孔的钣金上；3、风道的设计：风道要短而直，拐弯要少；在结构尺寸不受影响时，增大风道面积可减小压力损失，同时可降低风机的噪声；当风道进口需要安装防尘时，在防尘的效果和流体阻力之间要权衡；元件应按叉排列方式，这样可以提高气流的紊流程度，增强散热能力。补充
6、一个完整的说明：P=H*A*T P：散热片与周围空气的热交换总量(W)；H：散热片的总热传导率(W/CM2*)，由辐射及对流两方面决定；A：散热片表面积(CM2)；：散热片效率，由散热片的材料及形状决定；T：散热片的最高温度与周围环境温度之差()业界一般来说：评价产品散热性能用热阻Rthermal=T/PT=Tcase-Tamb(就是发热源最高温度-整体表面温度)P=UI(就是发热攻率)风路设计方法风路设计方法v自然冷却的风路设计设计要点机柜的后门(面板)不须开通风口。底部或侧面不能漏风。应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间
7、。对散热器采用直齿的结构,模块放在机柜机架上后,应保证散热器垂直放置,即齿槽应垂直于水平面。对散热器采用斜齿的结构,除每个模块机箱前面板应开通风口外,在机柜的前面板也应开通风口。风路设计方法v自然冷却的风路设计设计案例风路设计方法v自然冷却的风路设计典型的自然冷机柜风道结构形式风路设计方法v强迫冷却的风路设计设计要点如果发热分布均匀，元器件的间距应均匀，以使风均匀流过每一个发热源.如果发热分布不均匀，在发热量大的区域元器件应稀疏排列，而发热量小的区域元器件布局应稍密些，或加导流条，以使风能有效的流到关键发热器件。如果风扇同时冷却散热器及模块内部的其它发热器件，应在模块内部采用阻流方法，使大部分
8、的风量流入散热器。进风口的结构设计原则：一方面尽量使其对气流的阻力最小，另一方面要考虑防尘，需综合考虑二者的影响。风道的设计原则风道尽可能短，缩短管道长度可以降低风道阻力；尽可能采用直的锥形风道，直管加工容易，局部阻力小；风道的截面尺寸和出口形状，风道的截面尺寸最好和风扇的出口一致，以避免因变换截面而增加阻力损失，截面形状可为园形，也可以是正方形或长方形；风路设计方法v强迫冷却的风路设计典型结构风路设计方法v强迫冷却的风路设计电源系统典型的风道结构-吹风方式风路设计方法热设计的基础理论v自然对流换热大空间的自然对流换热Nu=C(Gr.Pr)n.定性温度：tm=(tf+tw)/2定型尺寸按及指数
9、按下表选取散热器的设计方法v散热器冷却方式的判据对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于0.039W/cm2，可采用自然风冷。对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小于0.024W/cm2，可采用自然风冷。v散热器强迫风冷方式的判据对通风条件较好的场合，散热器表面的热流密度大于0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷。对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度大于0.024W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷。散热器的设计方法v散热器设计的步骤通常散热器的设计分为三步1：根据相关约束条件设计处轮廓图。2：根据散热器的相关设计准则对散热器齿
10、厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。3：进行校核计算。散热器的设计方法v自然冷却散热器的设计方法考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm，如果散热器齿高低于10mm，可按齿间距1.2倍齿高来确定散热器的齿间距。自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热齿表面不加波纹齿。自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散热表面的辐射系数，强化辐射换热。由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负
11、荷的冲击，建议大于5mm以上。散热器的设计方法v强迫冷却散热器的设计方法在散热器表面加波纹齿，波纹齿的深度一般应小于0.5mm。增加散热器的齿片数。目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比，国内目前高宽比最大只能达到8。对能够提供足够的集中风冷的场合，建议采用低温真空钎焊成型的冷板，其齿间距最小可到2mm。采用针状齿的设计方式，增加流体的扰动，提高散热齿间的对流换热系数。当风速大于1m/s(200CFM)时，可完全忽略浮升力对表面换热的影响。散热器的设计方法v在一定冷却条件下，所需散热器的体积热阻大小的选取方法散热器的设计方法v在一定的冷却体积及流向长度下，确定散热器齿片最佳间距的
12、大小的方法散热器的设计方法v不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较散热器的设计方法v散热器的相似准则数及其应用方法v机箱的热设计计算密封机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T对通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T+1000uAT对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T+1000QfT热设计的计算方法热设计的计算方法v自然冷却时进风口面积的计算在机柜的前面板上开各种形式的通风孔或百叶窗，以增加空气对流，进风口的面积大小按下式计算：Sin=Q/(7.410-5 Ht 1
13、.5)s-通风口面积的大小，cm2 Q-机柜内总的散热量，W H-机柜的高度，cm，约模块高度的1.5-1.8倍，t=t2-t1-内部空气t2与外部空气温度t1之差，出风口面积为进风口面积的1.5-2倍热设计的计算方法v强迫风冷出风口面积的计算模块有风扇端的通风面积：Sfan=0.785(in2-hub2)无风扇端的通风面积S=(1.1-1.5)Sfan系统在后面板(后门)上与模块层对应的位置开通风口，通风口的面积大小应为：S=(1.5-2.0)(NS模块)N-每层模块的总数S模块-每一个模块的进风面积v实际冷却风量的计算方法q=Q/(0.335T)q-实际所需的风量，M3/h Q-散热量，WT-空气的温升，一般为10-15。确定风扇的型号经验公式：按照1.5-2倍的裕量选择风扇的最大风量：q=(1.5-2)q按最大风量选择风扇型号。
