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1、肋片散熱器HeatSinks高紅霞gaohongxia@buaa.edu.cn82338952新主樓C座1006室主要內(nèi)容來由性能優(yōu)化選擇與設(shè)計材料加工工藝HeatSinks肋片散熱器(heatsinks)的來由Newton’slawofcooling:Q=h.A.(Tw-Tf)增強(qiáng)傳熱的方式增加傳熱面積增強(qiáng)表面對流換熱系數(shù)在電子設(shè)備的總尺寸、重量、所耗金屬材料、流阻性能增加不多的前提下，采用肋片散熱器，其散熱量最大可增加一個數(shù)量級。最簡單的形式肋片散熱器(heatsinks)的性能散熱效率Heatsinkefficiencyisdefinedas:?=Q/(m.c.DTs
2、A)Q=thetotalheatflow熱流m=theairmassflowrate氣流質(zhì)量流量c=thespecificheatofthecoolingfluid,and冷空氣熱容DTsA=averagetemperaturedifferencebetweenheatsinkandcoolingfluid散熱器與冷空氣之間的平均溫差肋片散熱器的傳熱分析－假設(shè)①肋片上任何一點的溫度不隨時間變化；②肋片材料的材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；③肋片與環(huán)境之間的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為常數(shù)；④周圍環(huán)境流體的溫度為常數(shù)；⑤肋片僅在其高度方向有溫度梯度；⑥在肋片根部不存在接觸熱阻；⑦肋片根部
3、溫度均勻且為常數(shù)；⑧肋片內(nèi)部無熱源；⑨忽略肋端面和側(cè)面的對流換熱。肋片效率肋片實際散熱量與理想情況（即假定肋片材料的導(dǎo)熱系數(shù)為無限大，肋片上任一點溫度均等于肋根溫度）下散熱量之比流體流過肋片散熱器時熱阻為僅考慮了流體流過肋片表面的熱阻，而未考慮肋片根部基壁表面對傳熱的影響。肋片表面效率有效傳熱面積與總傳熱面積之比帶肋片壁面換熱熱阻為包含了流體對肋片表面的對流傳熱熱阻及肋片的導(dǎo)熱熱阻，后者反映在表面效率上。m值的意義肋片材料和流體物性的函數(shù)為橫截面周長，為橫截面面積肋片散熱器(heatsinks)的優(yōu)化肋片參數(shù)的優(yōu)化隨著肋片高度的增加，肋片的散熱量必定增加？剖面型線剖面面積系
4、數(shù)最佳關(guān)系表面效率最佳條件剖面面積最佳肋根厚最佳肋高11.4190.6270.500.6320.7980.51.3090.5940.3470.8280.8420.331.4140.5020.3331.01.0散熱器的基板厚度優(yōu)選不同風(fēng)速下散熱器齒間距選擇方法不同翅片厚度下散熱器齒間距選擇方法Tj=73.5CTj=70.8CTj=68.1CTj=67.1C0.5”x0.6”x0.5”0.5”x1.5”x0.5”1.5”x0.6”x0.5”0.5”x0.6”x1.5”寬度加倍，散熱能力加倍fin的長度加倍，散熱能力為1.4倍Tj=64.0CTj=63.7C1.5”x1.5”x1
5、.6”2.0”x2.0”x1.6”Tj=73.5CTj=70.8CTj=68.1CTj=67.1CTj=64.0CTj=63.7CAluminumCopper1.5”x1.5”x1.6”1.5”x1.5”x1.6”優(yōu)化軟件Cool-CAT,afreeheatsinkdesignsoftwarefromAAVID,Inc.Qfin,distributedbyAppliedThermalTechnologiesCool-CAT需要輸入的參數(shù)有散熱器的尺寸fin的數(shù)目和厚度散熱器的高度芯片的功耗平均氣流速度輸出有fin數(shù)目變化時散熱器的效率散熱器的總體熱阻肋片散熱器(heatsi
6、nks)的選擇與設(shè)計Toselectaheatsinkforagivenapplication,wemustconsiderfourthings:針對給定的應(yīng)用選擇散熱器，我們必須考慮以下四點：Theoverallthermalresistancefromjunctiontoair,Rja從結(jié)點到空氣的熱阻Theavailablespace允許空間Theamountofairflowavailable可能的空氣流量Costoftheheatsink散熱器的成本Theoverallthermalresistanceisdefinedas:整體的熱阻為：Rja=(Tj-Tamb
7、)/P=Rjc+Rcs+Rsa通常Rja隨著下列因素提高而降低：heatsinksize散熱器的尺寸fin數(shù)目airvelocityaroundtheheatsink散熱器周圍空氣流速對于給定的散熱器，Rja隨著氣流速度提高而降低，到了一定程度，Rja降低量可以忽略不計，原因是邊界層已完全形成。HeatSinkResistance散熱器的熱阻對通風(fēng)條件較好的場合：散熱器表面的熱流密度小于0.039W/cm2，可采用自然風(fēng)冷。對通風(fēng)條件較惡劣的場合：散熱器表面的熱流密度小于0.024W/cm2，可采用自然風(fēng)冷。對通風(fēng)
