热设计的基础知识与规范
热设计知识点梳理
热设计知识点梳理热设计是一门涉及热力学、传热学、流体力学等多个领域的学科，旨在通过合理的设计和控制来提高热系统的效率和可靠性。
在本文中，将对热设计中的几个重要知识点进行梳理和介绍。
一、热传导热传导是热设计中的基本概念之一。
它描述了热量在不同物质之间传递的方式。
热传导的主要机制是分子间的碰撞和能量传递。
常见的热传导方程为傅立叶热传导定律，即热流密度与温度梯度成正比。
掌握热传导的理论和计算方法对于热设计至关重要。
二、换热换热是指热量通过对流、辐射和传导等方式从一个物体传递到另一个物体的过程。
在热设计中，我们常常需要计算热传递率和温度分布，以确定合适的换热设备和参数。
流体力学和传热学是解决换热问题的基础。
同时，了解不同传热模式的特点和计算方法也是热设计工程师的必备知识。
三、热力学热力学是热设计中的另一个重要支柱。
它研究能量转化和热力平衡的规律，通过熵、焓等宏观参数来描述热系统的性质。
在热设计过程中，热力学方程和循环分析是常用的工具。
熟悉热力学基本原理和计算方法，能够帮助我们理解热系统的行为，优化设计方案。
四、热管技术热管是一种高效的热传导设备，具有快速、均匀和可控的热传递特点。
它由密封的金属外壳和工作介质组成，通过蒸发、冷凝、液体重力和毛细作用等机制来传递热量。
热管广泛应用于航空航天、电子器件散热等领域。
在热设计中，了解热管的工作原理和设计方法对于提高系统的散热效率和稳定性具有重要意义。
五、热管理热管理是指在热设计中采取控制和优化措施，以确保热系统稳定运行的过程。
热管理的目标是降低热耗散的能量损失，延长设备寿命，提高整体效率。
为实现这一目标，我们可以采用散热器、风扇、冷却液等散热装置，并结合热管技术和热传导原理进行系统设计。
熟悉热管理的方法和策略，可以提高热设计工作的效果和效率。
总结：热设计作为一门综合性学科，涵盖了热力学、传热学、流体力学等多个领域的知识。
在本文中，我们对热设计的几个重要知识点进行了梳理和介绍，包括热传导、换热、热力学、热管技术和热管理。
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✓ 强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。 ✓ 热管的传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便, 价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很 小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
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热设计的基础概念
问题：热的单位是什么？ 是℃？
热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在 热能。热能的单位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用 下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。 1J=1N·m
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热设计的基础概念
设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用“每秒 的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W” （瓦特）表示。
L—— 特征尺寸，m； u—— 流体速度，m/s； cp—— 比热容，kJ/(kg·K)； μ—— 动力粘度，Pa·s； λ—— 导热系数，W/(m·K)； αV—— 体膨胀系数，℃－1； g —— 重力加速度，m/s2； ΔT——流体与壁面的温差。
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热辐射
任意物体的辐射能力可用下式计算
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导热介质-相变导热膜
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热力设计推荐
热力设计推荐热力设计是指根据建筑物的需求以及热能的供应条件，合理确定热力系统的设计参数和结构，并进行热力计算，从而满足建筑物的热能需求。
本文将向您推荐一些热力设计的要点和建议。
一、热力设计的基本原则1.能耗最小化：通过合理的能耗分配和系统优化，实现热量的最大程度利用，减少能源浪费，提高能源利用效率。
2.安全可靠：确保热力系统运行的安全性和可靠性，避免因热能供应不稳定而引发的问题。
3.舒适性：根据建筑物的使用要求和居民的生活习惯，合理调节温度和湿度，提供舒适的室内环境。
4.环保节能：采用环保节能的技术手段，减少热力系统对环境的影响，保护生态环境。
二、建筑物热力设计要点1.建筑物的热负荷计算：根据建筑物的结构、外墙、窗户等因素，确定建筑物的热负荷，以此为基础进行系统设计和能耗评估。
2.供热系统设计：根据建筑物的热负荷需求和供热条件，选择合适的供热系统类型和参数，如集中供热、分户供热等。
3.管道系统设计：合理布置管道，确定管径、管材和敷设方式，确保热量传输效率和系统的可靠性。
4.散热器设计：选择合适的散热器类型和规格，根据房间的大小和热负荷确定散热器的数量和位置，实现室温调节和能耗控制的平衡。
5.温控系统设计：根据建筑物的需求和热负荷分布，确定合适的温控设备和系统，实现温度的自动调节和能耗的优化。
三、热力设计的建议1.充分利用可再生能源：在能源供应方面，尽可能采用可再生能源，如太阳能、地热能等，减少对传统能源的依赖。
2.合理运用节能技术：利用节能技术，如换热器、能量回收系统等，降低能耗，减少对环境的影响。
3.定期检查和维护：热力系统应定期进行检查和维护，保证设备的正常运行和性能的稳定。
4.经济性评估：在热力设计过程中，要考虑设备的经济性和可行性，综合考虑投资成本和运行成本，确保设计方案的经济性和实用性。
5.与相关部门的协调和合作：热力系统设计是一个综合性工程，需要与建筑、供热等相关部门进行密切的沟通和合作，确保设计方案的协调性和一致性。
热设计知识
热设计林小平热设计目录1 传热学基础 (1)1.1热传导 (1)1.2 热对流 (1)1.3 热辐射 (1)1.4增强散热的方式 (2)1.5 基本概念 (3)2 流体力学基础 (5)2.1 控制方程 (5)2.2准则参数 (6)3 散热方式 (7)3.1 自然冷却 (7)3.2 强迫空气冷却 (7)3.3 液体冷却方案 (7)3.4 冷板冷却 (8)3.5 热管 (8)3.6 热电冷却 (8)3.7 蒸发冷却 (8)3.8 相变冷却 (9)3.9 冷却方式选择 (9)4 热设计要点 (11)4.1 热设计的基本步骤和流程图 (11)4.2 热设计应考虑的问题 (12)4.3 热设计基本要求 (13)4.4 热设计基本原则 (13)5 常见热设计 (14)5.1 风冷设计 (14)5.2 液体冷却系统的设计 (17)5.3 冷板设计 (17)5.4 热管 (19)6 热仿真 (21)6.1 仿真模拟的求解过程 (21)6.2 软件结构 (22)6.3 边界条件 (23)7 热测试 (25)7.1 热测试概述 (25)7.2 热负载测试过程 (26)7.3热测试时的注意事项 (27)1.传热学基础热量传递的三种基本方式：导热、对流、辐射。
1.1热传导导热是在同一种介质中由于存在温度梯度所产生的传热现象。
式中：Φ—热流量，W；λ—比例系数，热导率或导热系数，W/（m·K）；A —传导换热面积，m2；Δt —导热温差，℃或K；δ—厚度，m。
要想获得较为准确的热分析，首先得获得准确的材料的导热系数。
1.2 热对流热对流是指在流体中不同温度的东西之间有相对的位移产生时所引起的热量传递的过程。
自然对流是指因为流体存在密度的差异而导致的各物质间产生相对的运动；而强迫对流是因为机器（泵或风机）相对运动的影响或其他压力差所产生的。
Φc = h c ⋅A⋅∆t式中：Φc—热流量，W；hc —比例系数，称为对流传热系数,W/（m2·K）；A —换热面积,m2；Δt —流体与壁面的温差，℃或K；用于指代对流传热性能好坏的是对流传热系数。
热设计知识介绍
热设计知识介绍生活中，我们的手机有死机的时候，汽车有电子产品故障的时候，是什么原因造成的呢？一个重要的原因是温度影响着产品的寿命与系统的可靠性。
温升过高，导致周围环境温度持续升高而不能有效控制，将会导致所有电子元器件故障率增高，整机寿命减少，系统可靠性无法得到保障。
有关热设计问题，本文做一简单的介绍，希望对我们工作有所帮助。
一、为什么要进行热设计高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。
二、热设计的基本问题电子设备的有效输出功率比所需的输入功率小得多，而这部分多余的功率则转化为热而耗散掉。
随着电子技术的发展，电子元器件和设备日趋小型化，使得设备的体积功率密度大大增加。
提供一条低热阻通路，保证热量顺利传递出去。
三、热设计的目标热设计应满足设备可靠性的要求；热设计应满足设备预期工作的热环境的要求；热设计应满足对冷却系统的限制要求；降低成本。
四、热设计应考虑的问题太阳辐射，灰尘、纤维微粒，寿命周期费用，热瞬变，维修性，水气的冷凝，冷却剂。
五、传热的基本原理凡有温差的地方就有热量的传递。
热量传递的两个基本规律是：---热量从高温区流向低温区；---高温区发出的热量必定等于低温区吸收的热量。
热量的传递过程可区分为稳定过程和不稳定过程两大类：---凡是物体中各点温度不随时间而变化的热传递过程称为稳定热传递过程；---反之则称为不稳定过程。
六、传热的基本方式导热、对流、辐射。
它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。
七、导热机理气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。
非导电固体中的导热是通过晶格结构的振动实现的。
液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。
八、热设计三个常用措施：降耗、导热、布局降耗是不让热量产生；导热是把热量导走不产生影响；布局是热也没散掉但通过措施隔离热敏感器件；有点类似于电磁兼容方面针对发射源、传播路径、敏感设备的三个措施。
热设计的基础知识与规范
2.1.3 热流密度 2
单位面积上的传热量，单位 W/m 。 2.1.4 热阻
热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小， 表明了 1W 热量所引起的温升大小，单位为℃/W 或 K/W。用热耗乘以热阻，即可获得该传 热路 径上的温升。
可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电 压，则热阻相当于电阻。
(2-2)
222
h---- 对流换热系数，W/m .K 或 W/m .℃; A 对--- 有效对流换热面
积，m
tw---- 热表面温度，℃;
ta---- 冷
却空气温度℃;
R 对流----- 对流热阻, ℃/W
由方程可见，要增强对流换热，可以加大换热系数和换热面积。
2.2.3 辐射的基本方程：
---- 系统黑度， ε1，ε2----分别为高温物体表面（如发热器件）和低温物体表面
第三章 自然对流换热
当发热表面温升为 40℃或更高时，如果热流密度小于 0.04W/cm ，则一般可 以通 过自然对流的方式冷却，不必使用风扇。自然对流主要通过空气受热膨胀产生的浮 升 力使空气不断流过发热表面，实现散热。这种换热方式不需要任何辅助设备，所以 不 需要维护，成本最低。只要热设计和热测试表明系统通过自然对流足以散热，应尽 量 不使用风扇。 3.1 自然对流热设计要考虑的问题
如果设计不当，元器件温升过高，将不得不采用风扇。合理全面的自然对流热 设 计必须考虑如下问题： 3.1.1 元器件布局是否合理。 在布置元器件时，应将不耐热的元件放在靠近进风 口的位 置，而且位于功率大、发热量大的元器件的上游，尽量远离高温元件，以避免辐射 的 影响，如果无法远离，也可以用热屏蔽板（抛光的金属薄板，黑度越小越好）隔 开； 将本身发热而又耐热的元件放在靠近出风口的位置或顶部； 一般应将热流密度高 的元 器件放在边沿与顶部，靠近出风口的位置，但如果不能承受较高温度，也要放在进 风 口附近，注意尽量与其他发热元件和热敏元件在空气上升方向上错开位置；大功率 的 元器件尽量分散布局，避免热源集中； 不同大小尺寸的元器件尽量均匀排列，使 风阻 均布，风量分布均匀。
热设计的基础知识
2 热设计的基础知识2.1基本术语2.1.1 热环境设备或元器件的表面温度、外形及黑度，周围流体的种类、温度、压力及速度，每一个元器件的传热通路等情况2.1.2 热特性设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
2.1.3 热阻热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W，可分为导热热阻，对流热阻，辐射热阻及接触热阻四类（热扩展效应）2.1.4 导热系数表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃2.1.5 对流换热系数反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃2.1.6 流阻反映流体流过某一通道时所产生的压力差。
单位帕斯卡或mm.H2O或巴2.1.7 定性温度确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度2.1.8 肋片的效率表示某一扩展表面单位面积所能传递的热量与在同样条件下光壁所能传递的热量之比2.1.9 黑度实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。
2.1.10 雷诺数R e(Reynlods)雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。
2.1.11普朗特数P r(Prandtl)普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。
2.1.12 格拉晓夫数G r(Grashof)格拉晓夫数反映了流体所受的浮升力与粘滞力的相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则，G r越大，表面流体所受的浮升力越大，流体的自然对流能力越强。
2.1.13努谢尔特数N u(Nusseltl)反映出同一流体在不同情况下的对流换热强弱，是一个说明对流换热强弱的相似准则。
2.1.14 传热单元数NTU为无因次量，其数值反映了在给定条件下所需传热面积的大小，是一个反映冷板散热器综合技术经济性能的指标。
最全的热设计基础知识及flotherm热仿真
对流换热
牛顿冷却公式：
其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的平均对流换热能力。A为参与热交换的有效面积，△T为表面温度与流体温度之差。
由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：
自然对流换热系数在1~10W/(m2·K)量级，实际应用时一般不会超过3~5 W/(m2·K) ；强制对流换热系数在10~100 W/(m2·K) 量级，实际应用时一般不会超过30 W/(m2·K) 。
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便,价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
热辐射
电子设备冷却方法的选择
温升为40℃时，各种冷却方法的热流密度和体积功率密度值
电子设备冷却方法的选择
冷却方法可根据热流密度和温升要求，按照下图关系进行选择。这种方法适用于温升要求不同的各类设备
由此图可知，当元件表面与环境之间的允许温差ΔT为60 ℃时，空气的自然对流（包括辐射）仅对热流密度低于0.05W/cm2 时有效 。强迫风冷可使表面对流换热系数大约提高一个数量级，如在允许温差为100 ℃时，风冷最大可能提供1W/cm2 的传热能力。
热辐射
任意物体的辐射能力可用下式计算
镜体是指反射比ρ=1的物体。 绝对透明体是指穿透比Τ=1的物体。 绝对黑体是指吸收比α=1的物体。
黑度：在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用ε表示。
热辐射
物体表面的辐射计算是及其复杂的，其中最简单的是两个面积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式：
热设计相关知识课件
Rt
A
Q T Rt
K/W9Βιβλιοθήκη 2、常见的散热方式和相应的理论计算方法
2.2 对流换热
流动产生的原因自强然迫对对流流
流动性质
层流 湍流
牛顿冷却公式： Q AT
其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的 平均对流换热能力。A为参与热交换的有效面积，△T为表面 温度与流体温度之差。
Graphics MicReD Division）
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4、灯具散热设计时的注意事项
4.1 注意灯具中热源的传导路径，和总热阻值
尽可能的加大用来传导热量的部件截面积，注意 减少热传导路径中的热传导瓶颈点； 尽可能的把热源与主要散热部件进行直接连接，减 少热传导路径上的部件数量，从而减少了热源到散 热空间之间的热阻值，加快了热量的传递，减小了 热源与散热部件之间的温差。
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3、LED光源热设计的相关信息
3.3.2 降低LED热阻的途径
A、需用较低的热阻芯片 B、最佳化热通道
（1）通道结构 *长度越短越好； *面积越大越好； *环节越少越好； *消除通道上的热传导瓶颈。
（2）通道材料的导热系数越大越好; （3）通道环节间的介面接触热阻紧密可靠。 C、强化电通道的导/散热功能 D、选用导/散热性能更高的散热材料
4
W/m2
注：上面两个公式中的温度均为绝对温度。
黑度ε（发射率）：取决于物体温度、种类和表面状况，与颜色无
关。
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3、LED光源热设计的相关信息 3.1 LED 封装的组成
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3、LED光源热设计的相关信息
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3、LED光源热设计的相关信息
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3、LED光源热设计的相关信息 3.2 LED 光源热学特性
热力供暖设计的执行相关规范及标准
热力供暖设计的执行相关规范及标准热力供暖设计是指为了满足建筑物内的采暖需要而执行的一系列工作。
在设计过程中，遵循相关规范和标准是非常重要的，这些规范和标准确保了热力供暖系统的安全、高效运行。
本文将介绍热力供暖设计中的执行相关规范及标准，帮助读者更好地了解并应用于实际工程中。
一、供暖系统设计的基本原则热力供暖系统的设计需要遵循一些基本原则，包括以下几个方面：1. 合理选取热源和热力站的位置，确保供热管网布局合理；2. 根据建筑物的类型、结构特点和采暖需求合理选择供热器型号和规格；3. 确保供热设备的安全可靠性以及运行的高效性；4. 保证采暖系统的节能性和环保性。
二、热力供暖设计的执行相关规范1. 建筑给排水设计规范建筑给排水设计规范提供了热力供暖系统在建筑物内的布置、管道选择、保温层的设计等相关规范。
它涵盖了管道的安装要求、连接方式、截断阀的设置以及设备的选择等内容。
2. 建筑热工设计规范建筑热工设计规范用于热力供暖系统在建筑物内的热量计算、供暖面积确定等方面。
此规范规定了采暖面积的计算方法，确保建筑物采暖需求的准确性，保证供热系统的安全运行。
3. 热力管道设计规范热力管道设计规范详细说明了热力管道的设计、布置、保温以及材料选用等方面。
它要求热力管道的敷设必须符合相关标准，且管道的保温层应采用合适的材料和厚度，以减少能量损失。
4. 热力站设计规范热力站设计规范规定了热力站的基本要求，包括燃料供应、系统调节、设备选用和热交换等方面。
它要求热力站的设计必须满足安全、高效和可靠的要求，确保整个供热系统的正常运行。
三、热力供暖设计相关的标准除了上述规范外，还有一些标准与热力供暖设计密切相关，如下所示：1. 建筑节能标准建筑节能标准对建筑物的能耗要求进行了规定，对于热力供暖设计来说，需要合理选择能效高的供热设备，以及优化管道布局和保温层材料，以实现节能目标。
2. 燃气供应标准燃气供应标准规定了燃气管道的设计和敷设要求，保证供气的安全性和稳定性。
供热设计规范
供热设计规范供热设计规范指的是在建筑物供热系统的设计过程中应遵循的相关规范和规定，以保证供暖系统的正常运行和使用效果。
供热设计规范主要包括以下几个方面：1. 设计参数：供热系统设计需要确定的参数包括建筑物的热负荷、外界气温、室内温度要求等。
根据这些参数，设计师可以选择合适的供热设备和管道尺寸。
2. 建筑物隔热：建筑物隔热是供热系统设计中的重要环节。
隔热层的保温效果直接影响供暖系统的能耗和热损失。
因此，供热设计规范要求建筑物外墙、屋顶等部位应进行保温处理，采用符合国家标准的隔热材料。
3. 供热设备选择：供热设备的选择应根据建筑物的热负荷来确定。
设计师需要根据建筑物的面积、使用功能和地理位置等因素来选择适合的锅炉、散热器等设备。
同时，供热设备的供暖效果和能耗水平也应符合国家标准。
4. 管道设计：供热系统的管道设计要求合理布置，以确保热能传输的顺畅和热损失的降低。
设计师需要根据建筑物的结构和供热设备的布置来选择管道的材料、直径和布置方式。
同时，管道的绝热保护也是很重要的，避免热能的浪费。
5. 控制系统设计：供热系统的控制系统设计要求合理可靠。
控制系统应能根据室内温度和外界气温等参数，自动调节供热设备的工作状态和供热水的流量。
同时，控制系统还应具备自动报警和安全保护等功能。
6. 安全设计：供热系统的安全设计是非常重要的。
设计师需要考虑火灾、爆炸等风险，并采取相应的措施来防止事故的发生。
同时，供热设备的安全性和稳定性也是需要考虑的因素。
总的来说，供热设计规范是为了保证供热系统的安全、高效运行而制定的一系列规定。
遵循这些规定，可以提高供热系统的使用效果，减少能源浪费，提高建筑物的舒适度。
因此，供热设计规范在建筑物供热系统设计中具有重要的作用。
热设计的基础知识与规范
目录1 概述 (1)1.1 热设计的目的 (1)1.2 热设计的基本问题 (1)1.3 热设计应遵循的原则 (1)2 热设计的基本知识 (3)2.1 基本概念 (3)2.2 热量传递的基本方式极其基本方程式 (5)2.3 增强散热的方式 (6)3 自然对流散热 (7)3.1 自然对流热设计应考虑的问题 (7)3.2 自然对流换热系数的计算 (9)4 强迫对流散热——风扇冷却 (11)4.1 风道的设计 (11)4.2 抽风与鼓风的区别 (16)4.3 风扇选型设计 (17)4.4 机柜/箱强迫风冷热设计 (22)5 单板元器件安全性热分析................................................24 字串2 5.1 元器件温升校核计算 .. (24)5.2 元器件的传热分析 (27)5.3 散热器选型参数的确定 (27)5.4 散热器选用与安装的原则 (29)6 通信产品热设计步骤 (30)7 附录 (32)7.1 热仿真软件介绍 (32)7.2 参考文献 (32)第一章概述第一章概述1.1 热设计的目的采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
1.2 热设计的基本问题1.2.1 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；1.2.4 所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求；1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决；1.2.6 热设计中允许有较大的误差；1.2.7 热设计应考虑的因素：包括结构与尺寸功耗产品的经济性与所要求的元器件的失效率相应的温度极限电路布局工作环境1.3 遵循的原则1.3.1热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互兼顾;1.3.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准;1.3.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中长期正常工作。
热设计技术规范
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热设计的基础知识与规范 1.3.4 每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热要求； 1.3.5 在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比元件的故障率低； 1.3.6 在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过程中因工况发生变化而 引起的热耗散及流动阻力的增加。 1.3.7 热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转速风扇等可靠性高的冷 却方式。使用风扇冷却时，要保证噪音指标符合标准要求。 1.3.8 热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体 积最小、成本最低。 1.3.9 冷却系统要便于监控与维护
产品热设计技术规范
热设计的基础知识与规范
前
言
本规范根据通信产品热设计相关资料及热实验结果等编制而成。
本规范起草单位：
本规范授予解释单位： 本规范主要起草人： 本规范批准人：
目
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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热设计的基础知识与规范
1 概述 ………………………………………………………………………………………1 1.1 热设计的目的 …………………………………………………………………………1 1.2 热设计的基本问题 ……………………………………………………………………1 1.3 热设计应遵循的原则 …………………………………………………………………1 2 热设计的基本知识 ……………………………………………………………………3 2.1 基本概念 ………………………………………………………………………………3 2.2 热量传递的基本方式极其基本方程式…………………………………………………5 2.3 增强散热的方式…………………………………………………………………………6 3 自然对流散热 ……………………………………………………………………………7 3.1 自然对流热设计应考虑的问题 …………………………………………………………7 3.2 自然对流换热系数的计算 …………………………………………………………… 9 4 强迫对流散热——风扇冷却……………………………………………………………11 4.1 风道的设计 ……………………………………………………………………………11 4.2 抽风与鼓风的区别 ……………………………………………………………………16 4.3 风扇选型设计 …………………………………………………………………………17 4.4 机柜/箱强迫风冷热设计 ………………………………………………………………22 5 单板元器件安全性热分析………………………………………………………………24 5.1 元器件温升校核计算 ………………………………………………………………… 24 5.2 元器件的传热分析 ……………………………………………………………………27 5.3 散热器选型参数的确定 ………………………………………………………………27 5.4 散热器选用与安装的原则 ……………………………………………………………29 6 通信产品热设计步骤 ……………………………………………………………………30 7 附录 …………………………………………………………………………………32 7.1 热仿真软件介绍 ………………………………………………………………………32 7.2 参考文献 ………………………………………………………………………………32
热设计培训
5.2.3 辐射 物体以电磁波形式传递能量的过程。辐射不需要介质，且有能量形式 的转换。辐射散热的计算公式是： Q=εσA(T14-T24) 其中，Q---辐射散热量，W ε---散热表面的黑度 σ---斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.67X10-8 W/m2.K4 T1、T2---分别为物体和环境的绝对温度，K
2、热对流： 流体个体部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递方式。主要发生在依 靠流体（空气，水等）流动发生的热交换。 根据引起流动的原因而论，可分为自然对流 和强制对流换热。 自然对流：单体散热片贴在热源上，在相对 无风的环境中的散热。换热效率较低。 强制对流：通过外加机械力的作用（如风 扇），加强流体的作用，使单位时间内流过散热 器表面的气流体积大幅增加，从而大幅提高换热 效率。
4．2 元器件的温度 热设计的最主要目的是确保电子设备中元器件的工作温度低于其 最大的许可温度。 元器件的最大许可温度根据可靠性要求及失效率确定，对于半导 体器件和集成电路，主要是控制结温tj，热设计要保证tj≤（0.5—0.8） tjmax，其中tjmax 是器件的最大许可结温。一般地，对于tjmax=150℃的 器件，tj 应小于120℃； 对于tjmax=125℃的器件，tj 应小于95℃。由于 结温没有办法测量，通常是测量壳温，再按器件热阻计算出结温。另外要 防止由于器件管脚热阻较小，热量大部分传到PCB 板从而引起PCB 局部温 度过高，进而导致PCB 烧黄或损害周围其它器件的问题。
6.2.1自然对流下PCB板局部强化散热方案
测试和分析研究表明，散热最优的过孔设计方案为：孔径10～12mil，孔中 心间距30～40mil，也可以根据器件的热耗水平和温度控制要求对过孔数量进行 优化.
B:增加散热铜箔的层数、铜箔厚度对于平面方向的导热性能改善高于 法向方向上导热性能的改善。
建筑设计供暖规范GB50016-2023
建筑设计供暖规范GB50016-2023
1. 设计原则：
- 供暖系统的设计应满足建筑物内部温度、湿度、空气质量等方面的要求。
- 设计过程中应考虑能源消耗、环境影响和可持续性。
2. 供暖系统的选型与设计：
- 根据建筑物的类型、结构和使用情况选择适合的供暖方式，如集中供暖系统或分户供暖系统。
- 供暖设备的选择应考虑效能、可靠性和安全性等因素。
- 供暖管道的设计应符合相关标准，包括管道的材料、直径和敷设方式等。
3. 热源设计：
- 选择适合的热源设备，如锅炉、热泵或太阳能热水器，并确保其热效率达到规范要求。
- 热源设备的设计应考虑能源利用和环境排放。
- 供暖系统的热源应保证供应稳定，以满足建筑物的热负荷需求。
4. 室内供暖与散热设计：
- 根据建筑物的功能和使用要求，选择适当的供暖器具和散热方式。
- 设计室内供暖和散热系统时，应考虑空气流通、温度均匀性和舒适性等因素。
5. 控制与调节系统：
- 供暖系统应配备有效的控制与调节系统，以实现温度的自动控制和调节。
- 控制与调节系统的设计应简单可靠，并考虑能源的节约和管理。
以上仅为对建筑设计供暖规范GB50016-2023的简要概述，具体实施细则请参考相关规范文件和指南。
如有疑问，请查阅官方发布的正式版本。
热设计的基础知识与规范
热设计的基础知识与规范1 概述 (1)1.1 热设计的目的 (1)1.2 热设计的基本问题 (1)1.3 热设计应遵循的原则 (1)2 热设计的基本知识 (3)2.1 基本概念 (3)2.2 热量传递的基本方式极其基本方程式 (5)2.3 增强散热的方式 (6)3 自然对流散热 (7)3.1 自然对流热设计应考虑的问题 (7)3.2 自然对流换热系数的计算 (9)4 强迫对流散热——风扇冷却 (11)4.1 风道的设计 (11)4.2 抽风与鼓风的区别 (16)4.3 风扇选型设计 (17)4.4 机柜/ 箱强迫风冷热设计 (22)5 单板元器件安全性热分析................................................24 字串25.1 元器件温升校核计算 (24)5.2 元器件的传热分析 (27)5.3 散热器选型参数的确定 (27)5.4 散热器选用与安装的原则 (29)6 通信产品热设计步骤 (30)7 附录 (32)7.1 热仿真软件介绍 (32)7.2 参考文献 (32)第一章概述第一章概述1.1 热设计的目的采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
1.2 热设计的基本问题1.2.1 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；1.2.4 所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求；1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决；1.2.6 热设计中允许有较大的误差；1.2.7 热设计应考虑的因素：包括结构与尺寸功耗产品的经济性与所要求的元器件的失效率相应的温度极限电路布局工作环境1.3 遵循的原则1.3.1 热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互兼顾;1.3.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准;1.3.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中长期正常工作。
第2讲 热设计的基本知识
过滤装臵；
● 为提高对流换热程度，可在设备的适当位臵装紊流器。
21
常用冷却方法的设计要求
蒸发冷却：
● 保证沸腾过程处于核态沸腾； ● 冷却剂的沸点温度低于设备中发热元器件的最低允许工作温 度； ● 直接蒸发冷却时，电子元器件的安装应保证有足够的空间， 以利于气泡的形成和运动； ● 冷却液应粘度小、密度高、体积膨胀系数大、导热性能好， 且具有足够的绝缘性能； ● 封闭式蒸发冷却系统应有冷凝器，其二次冷却可用风冷或液 冷；冷却系统应易于维修。
12
常用冷却方法的选择及设计要求
电子设备的冷却方法包括自然冷却、强迫空气冷却、强迫 液体冷却、蒸发冷却、热电致冷(半导体致冷)、热管传热和其 它冷却方法（如导热模块－TCM技术、冷板技术，静电致冷等）。
其中自然冷却、强迫空气冷却、强迫液体冷却和蒸发冷却是常
用的冷却方法。
13
设计条件
冷却方法的确定
17
冷却方法的选择示例
由于体积功率密度很小，而热流密度值与自然空气冷却的
最大热流密度比较接近，所以不需要采取特殊的冷却方法，而 依靠空气自然对流冷却就足够了。 若采用强迫风冷，热流密度为3000W/m2，因此，采用风冷 时，可以把机柜表面积减小到0.1m2(自然冷却所需的表面积为
0.75m2)。
18
器件工作时内部的结温不能超过降额使用后允许的结温。
28
集成电路、晶体管、二极管结温与环境温度的关系
器 件 说 明 结温 TJ=TA+30
小功率 晶体管
中功率
小功率 二极管 中功率 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器) 集成电路 门数大于30或晶体管大于120(包括所有存储器) 低功耗TTL及 CMOS电路 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器) 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器)
热设计基础（上）
热设计基础（上）一、基础知识100J的能量可使100g水的温度升高约0.24℃。
这并不是通过升高水的温度消耗了100J的能量。
而是在水中作为热能保存了起来。
能量既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。
这就是最重要“能量守恒定律”。
℃是温度单位。
温度是指像能量密度一样的物理量。
它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。
即使能量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，而大范围分散时，温度就会降低。
电子产品接通电源后一段时间内，多半转换的热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为少数。
之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量与排出的能量必定一致。
否则温度便会无止境上升。
热量的传递有导热，对流换热及辐射换热三种方式。
在终端设备散热过程中，这三种方式都有发生。
三种传热方式传递的热量分别由以下公式计算其中λ、α 、ε分别为导热系数，对流换热系数及表面的发射率，A是换热面积。
热设计的目的：采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
耗散的热量决定了温升，因此也决定了给定器件的温度；热量以导热，对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；热量、热阻和温度是设计中的重要参数。
温升：元器件温度与环境温度的差热耗：元器件正常运行时产生的热量。
热耗不等同于功耗。
热流密度：单位面积上的传热量，单位W/m。
l热阻：热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力大小。
Rja，元器件的热源结构(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻。
Rjc，元器件的热源结到封装外壳间的热阻。
Rjb，元器件的结与PCB板间的热阻。
常见的散热方式：自然对流换热通过自然对流的方式冷却，不必使用风扇，主要通过空气受热膨胀产生的浮升力使空气不断流过发热表面，实现散热。
这种换热方式不需要任何辅助设备，成本低。
热力设计知识点
热力设计知识点热力设计是工程设计的重要组成部分，涉及到各种热力设备的选型、布置和计算。
本文将介绍一些热力设计的知识点，帮助读者了解热力设计的基本原理和方法。
一、热力设计简介热力设计是指在工程设计中，根据工艺要求和设计参数，选择合适的热力设备，并进行合理的布置和计算的过程。
热力设计不仅要满足工艺要求，还要兼顾经济性、安全性和环保性等因素。
二、热力设计的基本原理1. 热负荷计算热负荷计算是热力设计的基础，主要包括室内热负荷计算和设备热负荷计算。
室内热负荷计算是根据建筑结构、外部环境和室内活动等因素，计算建筑物所需的供暖或制冷能力。
设备热负荷计算是根据工艺要求和设备特性，计算设备所需的供热或制冷能力。
2. 管网设计管网设计是指热力系统中管道、阀门、泵等设备的选择和布置。
在管网设计中，需要考虑管道的材料、直径、长度、流速等参数，使得热力系统能够正常运行，并满足工艺要求。
3. 能量平衡计算能量平衡计算是指对热力系统中能量的输入和输出进行计算和平衡。
通过能量平衡计算，可以确定热力系统的总能耗和能源利用效率，并进行节能设计。
4. 热力设备选型根据热力设计参数和工艺要求，选择适合的热力设备。
常见的热力设备包括锅炉、换热器、冷却塔、泵等。
在选择热力设备时，需要考虑设备的类型、型号、规格、效率等因素。
三、热力设计的方法1. 热力计算软件的应用热力设计中常用的热力计算软件有HAP、E20、DPL等。
通过使用热力计算软件，可以对热力系统进行模拟计算和优化设计，提高设计效率和准确性。
2. 标准和规范的参考在热力设计过程中，需要参考相关的标准和规范，如《建筑供暖通风与空气调节设计规范》、《锅炉安装工程施工及验收规范》等。
这些标准和规范提供了热力设计的基本要求和技术参数。
3. 工程实践经验的积累热力设计需要结合实际工程的特点和要求，根据经验进行合理的设计。
通过不断的工程实践，可以积累宝贵的热力设计经验，并不断改进设计方法和思路。
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1.3.9 冷却系统要便于监控与维护
第二章 热设计基础知识
2.1某些基本概念
2.1.1 温升
指机柜内空气温度或元器件温度与环境温度的差。如果忽略温度变化对空气物性
的非线性影响，可以将一般环境温度下（如空调房27℃）测量获得的温升直接加上最
高可能环境温度获得最恶劣环境下的器件近似温度。例如在空调房内测得某器件温升
1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；
1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；
1.2.4 所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条
件，同时满足可靠性要求；
1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行
3.1.2 是否有足够的自然对流空间。 元器件与元器件之间，元器件与结构件之间应保持
一定距离，通常至少13mm，以利于空气流动，增强对流换热。一些具体的参考距离尺
第一章 概 述
1.1 热设计的目的
采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的 工作环
境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行
的可靠性。
1.2 热设计的基本问题
1.2.1 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；
1.3.6 在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过程中因工况发生变化而
引起的热耗散及流动阻力的增加。
1.3.7 热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转速风扇等可靠性高的冷
却方式。使用风扇冷却时，要保证噪音指标符合标准要求。
1.3.8 热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体
2.1.8 流阻
反映流体流过某一通道时所产生的静压差。单位帕斯卡或In. water
2.1.9 黑度
实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，在0~1之间。它取决于物体种
类、表面状况、表面温度及表面颜色。表面粗糙，无光泽，黑度大，辐射散热能力
强。
2.1.11雷诺数Re(Reynlods)
计必须考虑如下问题：
3.1.1 元器件布局是否合理。 在布置元器件时，应将不耐热的元件放在靠近进风口的位
置，而且位于功率大、发热量大的元器件的上游，尽量远离高温元件，以避免辐射的
影响，如果无法远离，也可以用热屏蔽板（抛光的金属薄板，黑度越小越好）隔开；
将本身发热而又耐热的元件放在靠近出风口的位置或顶部； 一般应将热流密度高的元
器件放在边沿与顶部，靠近出风口的位置，但如果不能承受较高温度，也要放在进风
口附近，注意尽量与其他发热元件和热敏元件在空气上升方向上错开位置；大功率的
元器件尽量分散布局，避免热源集中； 不同大小尺寸的元器件尽量均匀排列，使风阻
均布，风量分布均匀。
单板上元器件的布局应根据各元件的参数和使用要求综合确定。
2.1.7 层流与紊流(湍流)
层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，热阻大，流动阻力小；
紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，热阻小，流动阻力大。层
流与紊流状态一般由雷诺数来判定。在热设计中，尽可能让热耗大的关键元器件周围
的空气流动为紊流状态，因为紊流时的换热系数会是层流流动的数倍。
的截面积；减小导热方向上的路径。
2.2.2 对流的基本方程：
对流是由流体与流体流经的固体表面之间存在的温差产生的换热现象。
(2-2)
量的：
2.3.1 增加有效散热面积。如在芯片表面安装散热器；将热量通过引线或导热绝缘材料
导到PCB板中，利用周围PCB板的表面散热。
2.3.2 增加流过表面的风速，可以增加换热系数。
2.3.3破坏层流边界层，增加扰动。紊流的换热强度是层流的数倍，抽风时，风道横截
面上速度分布比较均匀，风速较低，一般为层流状态，换热避面上的不规则凸起可以
雷诺数的大小反映了空气流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流
体流态的一个相似准则数。其定义一般为
式中u为空气流速，单位m/s； D为特征尺寸，单位m，根据具体的对象结构情况取
2
值； 为运动粘度，单位m /s。
2.1.12 普朗特数Pr(Prandtl)
普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则数。空气的Pr数可直接根据
种形式同时出现
2.2.1导热的基本方程：
导热是在同一种介质中由于存在温度梯度所产生的传热现象。
(2-1)
权衡分析，折衷解决；
1.2.6 热设计中允许有较大的误差；
1.2.7 热设计应考虑的因素：包括
结构与尺寸
功耗
产品的经济性
与所要求的元器件的失效率相应的温度极限
电路布局
工作环境
1.3 遵循的原则
1.3.1热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互
由方程可见，要增强对流换热，可以加大换热系数和换热面积。
2.2.3 辐射的基本方程：
---- 系统黑度，
ε1，ε2----分别为高温物体表面（如发热器件）和低温物体表面（如机壳内表
面）的黑度;
F12------ 表面1到表面2的角系数。即表面1向空间发射的辐射落到表面2的百分
获得结与单板间的温差。
2.1.5 导热系数
表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的
导热量，单位为W/m.K或W/m.℃
2.1.6 对流换热系数
反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单
2 2
位时间通过单位面积的热量，单位为W/m .K或W/m .℃
箔等材料。
2.3.5 设法减小散热热阻。在屏蔽盒等封闭狭小空间内的单板器件主要通过空气的受限
自然对流和导热、辐射散热，由于空气的导热系数很小，所以热阻很大。如果将器件
表面和金属壳内侧通过导热绝缘垫接触，则热阻将大大降低，减小温升。
第三章 自然对流换热
当发热表面温升为40℃或更高时，如果热流密度小于0.04W/cm ，则一般可以通
1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热耗乘以热阻，即可获得该传热路
径上的温升。
可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电
压，则热阻相当于电阻。
以下是一些单板元器件热分析使用的重要热阻概念，这些热阻参数一般由元器件
生产厂商根据标准实验测量提供，可在器件的用户说明书中查出：
2.1.17 速度头
一般使用空气的动压头来作为电子设备机箱压降的惯用基准，其定义为
为空气密度，u为空气流速。风道中空气的静压损失就由速度头乘以阻力损失系数获
得。
2.2 热量传递的基本方式及传热方程式
热量传递有三种方式：导热、对流和辐射，它们可以单独出现，也可能两种或三
数。
2
A1 ---物体1的有效辐射面积，m ;
T1, T2--分别为物体1和物体2的绝对温度，K
由方程可见，要增加辐射换热，可以提高热源表面的黑度和到冷表面的角系数，
增加表面积。
2.3 增强散热的方式
以下一些具体的散热增强方式，其实就是根据上述三种基本传热方程来增加散热
为40℃，则在55℃最高环境温度下该器件的温度将为95℃。
2.1.2 热耗
指元器件正常运行时产生的热量。热耗不等同于功耗，功耗指器件的输入功率。
一般电子元器件的效率比较低，大部分功率都转化为热量。计算元器件温升时，应根
据其功耗和效率计算热耗，当仅知道大致功耗时，对于小功率设备，可认为热耗等于
破坏层流状态，加强换热，针状散热器和翅片散热器的换热面积一样，而换热量却可
以增加30%，就是这个原因。吹风时，风扇出口风速分布不均，有主要流动方向，局
部风速较高，一般为紊流状态，局部换热强烈，但要注意回流低速区换热较差。
2.3.4 尽量减小导热界面的接触热阻。在接触面可以使用导热硅胶（绝缘性能好）或铝
2
λ---- 导热系数，W/m.K或W/m.℃; A导--- 导热方向上的截面面积，m
---- x方向上的温度变化率，℃; Nhomakorabea R导----- 导热热阻, ℃/W
根据方程的形式，可以看出，要增强散热量，减小温升，可以增加导热系数，选
用导热系数高的材料，如铜（约360W/m℃）或铝（约160W/m℃）；增加导热方向上
完全被睹住时，风量为零，静压最高；当风机不与任何风道连接时，其静压为零，而
风量达到最大
2.1.15 系统的阻力特性曲线
系统(或风道)的阻力特性曲线：是指流体流过风道所产生的压降随空气流量变化
的关系曲线，与流量的平方成正比。
2.1.16 通风机工作点
系统(风道)的特性曲线与风机的静压曲线的交点就是风机的工作点。
兼顾;
1.3.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准;
1.3.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中
长期正常工作。
1.3.4 每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热要求；
1.3.5 在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比元件的故障率低；
过自然对流的方式冷却，不必使用风扇。自然对流主要通过空气受热膨胀产生的浮升
力使空气不断流过发热表面，实现散热。这种换热方式不需要任何辅助设备，所以不