电子产品热设计与工程案例分析

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航空器电子产品热设计

航空器电子产品热设计现代机（弹）载电子设备由于受条件限制，都要求重量轻、体积小。

另外，为了提高电子产品的工作性能，其功率往往很大，也就是说电子元器件的发热量非常大，一般电子元器件的正常工作温度要求低于100°C。

根据美国空军的统计，在机（弹）载电子设备失效的原因中，有超过50%是由于温度引起的，因此电子产品的热设计是电子产品可靠性设计的最主要内容。

机（弹）载电子产品的冷却可采用循环水冷（二次冷却）和风冷，而风冷又有自然风冷和强迫风冷。

图7-1、7-2采用ANSYS CFX对某机载电子产品进行水冷分析，图示为散热冷板上的温度分布和冷却水的流线图。

传统的机（弹）载电子产品的热设计以经验设计为主，根据机（弹）载电子产品热设计手册，利用半经验、半解析的估算公式确定冷却方式、流量（压差）及流道，然后制造相应的1：1模型进行测试验证。

这种热设计的成功率主要取决于设计者的经验，由于试验验证成本高、周期长，设计者只能选取少数几种自己认为最可行的设计方案进行试验，从而可能疏漏了更好的设计方案。

另外，如果测试验证后发现了设计中的问题，回过来重新更改设计，再测试验证，这样的设计周期就更长，这与激烈的市场竞争不相适应。

计算流体动力学（CFD）的飞速发展和计算机性能的提高为机（弹）载电子产品热设计的数值仿真提供了保障。

ANSYS CFX流体分析功能就是利用基于有限元的有限体积法求解三维湍流Navier-Stokes方程。

ANSYS CFX是热、流耦合计算软件，在流体单元中求解质量、动量、能量方程，而同时在固体单元中耦合求解能量方程，由此可得出流场中的速度、压力、温度分布，固体中的温度分布，同时可得出流、固表面的对流换热系数（图7-4）和热流密度。

图7-5采用ANSYS CFX对某机载电子设备机箱进行强迫风冷分析，图示结果为机箱内外表面的对流换热系数分布。

机（弹）载电子产品的冷却效率取决于流、固表面对流换热系数的大小，因此热设计仿真分析的最主要任务是准确求解对流换热系数。

热设计及热仿真分析

九、热电制冷器（1.25H）
1. 热电制冷的基本原理
2. 制冷器冷端净吸热的计算
3. 最大抽吸热制冷器设计方法
4. 最佳性能系数制冷器设计方法
5. 多极制冷器的性能
6. 热电制冷器的结构设计
十、热管散热器的设计（1.25H）
1. 热管的类型及其工作原理
2. 热管的传热性能
3. 热管设计
十一、电子设备的热性能评价及改进（0.5H）
1. 评价的目的与内容
2. 热性能草测
3. 热性能检查项目
4. 热性能测量
5. 确定热性能缺陷
6. 热性能改进的制约条件
7. 改进费用与寿命周期费用的权衡
8. 热设计改进示例
十二、计算机辅助热分析技术（1.5H）
1. 计算流体动力学的工作步骤
2. 计算流体动力学的分支
3. 流体流动的基本特征
4. CFD求解过程及软件结构
5. 常用的CFD商用软件
6. 三维湍流模型
7. 边界条件的应用
8. CFD应用实例
十三、热设计实例（4H）
1. 现代电子器件冷却方法动态
2. 电子设备热分析软件应用研究
3. 典型密封式电子设备热设计
4. 功率器件热设计及散热器的优化设计
5. 表面贴装元器件的热设计
6. 某3G移动基站机柜的热仿真及优化
7. 电子设备热管散热器技术现状及进展
8. 吹风冷却时风扇出风口与散热器间距离对模块散热的影响
9. 实验评估热设计软件
10. IGBT大功率器件的热设计
11. 电源模块的热设计及分析
十四、自由交流及讨论（0.5H）。

电子产品热设计及热仿真技术的应用分析

电子产品热设计及热仿真技术的应用分析摘要：随着装备性能的不断提升，复杂程度的不断提高，以及使用环境的日趋复杂，电子产品对可靠性的要求日益提高，可靠性已成为衡量电子产品使用性能的一项重要指标。

因散热不良引发的故障一直在电子产品故障发生中占有很大的比重，电子产品一旦出现热设计缺陷，往往在设计周期和设计成本等多方面造成极大的损失。

因此需要在产品设计源头加以控制，即在设计之初考虑产品的功能和性能的同时，考虑其散热等因素。

综合电子产品的性能设计和热设计，选择采用什么散热方式、使用何种散热材料等，其目的是高效率、低成本、高可靠地制造产品。

基于此，本文对电子产品热设计及热仿真技术的应用进行分析，为产品全生命周期设计提供验证支撑，达到合理可靠稳定运行的目的。

关键词：电子产品热设计；热仿真技术；应用分析引言电子产品是基于电子信息技术发展背景下的重要产物，电子信息技术是20世纪初诞生的一种新兴的技术，随着时代的发展与生产技术的不断革新，电子信息技术得到了进一步发展。

进入21世纪之后，电子信息技术已成为科学技术领域的重要标志之一，在各个行业及领域均具有非常广泛的应用。

伴随着大量电子产品的问世，不仅改变了人们传统的生活方式，也为人们的生产与生活带来了巨大的便利。

随着社会信息化的不断发展，电子产品多功能集成和便携的需求日益凸显，电子产品的集成化和小型化就成了目前电子产品的发展趋势，电子产品的集成化意味着功率会大概率的增大，与小型化的发展综合在一起意味着电子产品的单位体积功率密度会不断增大，因此电子产品的热设计就需要从粗放的经验设计向精确化的热理论设计发展。

热仿真就是支持电子产品精确化理论设计最佳手段。

通过热仿真将电子产品在性能设计的基础上叠加热设计，达到电子产品在最优热环境里发挥最佳性能的目的。

1电子产品热设计的意义1.1电子产品进行热设计的优势有效散热对于电子产品的稳定运行和长期可靠性而言至关重要，将电子产品热功能部件的工作温度控制在其有效工作的温度范围内，是提升电子产品可靠性的基本思路。

电子产品设计之热设计

电子产品设计之热设计散热器的设计方法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,以抗击瞬时热负荷的冲击,建议大于5mm以上.散热器的设计方法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大小的方法不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的定义散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的应用散热器的基板的优化方法不同风速下散热器齿间距选择方法不同风速下散热器齿间距选择方法优化散热器齿间距的经验公式及评估风速变化对热阻的影响的经验公式辐射换热的考虑原则如果物体表面的温度低于50℃,可忽略颜色对辐射换热的影响.因为此时辐射波长相当长,处于不可见的红外区.而在红外区,一个良好的发射体也是一个良好的吸收体,发射率和吸收率与物体表面的颜色无关.对于强迫风冷,由于散热表面的平均温度较低,一般可忽略辐射换热的贡献.如果物体表面的温度低于50℃,可不考虑辐射换热的影响.辐射换热面积计算时,如表面积不规则,应采用投影面积.即沿表面各部分绷紧绳子求得的就是这一投影面积,如图所示.辐射传热要求辐射表面必须彼此可见.热设计的计算方法冷却方式的选择方法确定冷却方法的原则在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却,只有在自然冷却无法满足散热要求时,才考虑其它冷却.冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流密度或体积功率密度值的范围来确定冷却方式,具有一定的局限性.热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法2:根据热流密度与温升要求,按图2所示关系曲线选择,此方法适应于温升要求不同的各类设备的冷却热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法案例某电子设备的功耗为300W,机壳的几何尺寸为248×381×432mm,在正常大气压下,若设备的允许温升为40℃,试问采用那种冷却方法比较合理?计算热流密度:q=300/2(2.48×2.2.48+2.48×4.32+2.2.81×4.32)=0.04W/cm2当△t=40℃,q=0.04W/cm2时,其交点正好落在自然冷却范围内,所有采用自然冷却方法就可以满足要求.若设备的温升有严格限制,假设只允许10℃,由图2可以看出,需强迫风冷才能满足要求.机箱的热设计计算密封机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT对通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+1000uAΔT对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+ 1000QfΔT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/(7.4×10-5 H×Δt 1.5)s-通风口面积的大小,cm2Q-机柜内总的散热量,WH-机柜的高度,cm,约模块高度的1.5-1.8倍,Δt=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(φin2-φhub2)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)(N×S模块)N---每层模块的总数S模块---每一个模块的进风面积热设计的计算方法通风面积计算的案例[案例] 铁道信号电源机柜模块及系统均为自然冷却,每层模块的散热量为360W,模块的高度为7U,进出口温差按20℃计算,机柜实际宽度为680mm,试计算每层进出风口的面积?H按2倍模块的高度计算,即 H=2×7U=14U进风口的面积按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5×H×△t1.5)=360/(7.4×10-5×14 ×4.44×201.5)=875 cm2进风口高度h机柜的宽度按B=680mm计,则进风口的高度为:H=Sin/B=875/68=128.7mmb 出风口面积SoutSout=(1.5-2.0)Sin=2×875=1750 cm2热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法q`=Q/(0.335△T)q`---实际所需的风量,M3/hQ----散热量,W△T-- 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.热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法案例:10K UPS主功率管部分的实际总损耗为800W,空气温升按15℃考虑,请选择合适的风扇.实际所须风量为:q`=Q/(0.335△t)=800/(0.335×15)=159.2m3/h按照2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=2q`=2×159.2=318.4m3/h下表风扇为可选型号热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的热阻散热器的热阻是从大的方面包括三个部分.RSA=R对+R导+ R辐R对=1/(hc F1)F1--对流换热面积(m), hc –对流换热系数(w/m2.k)R辐--辐射换热热阻 ,对强迫风冷可忽略不计对自然冷却 R辐＝1/(4бεTm3)R导＝R 基板+R肋导＝δ/(λF2)+((1/η)-1)R对流λ--导热系数,w/m.h.℃δ-- 散热器基板厚度(m)η-- 肋效率系数F2--基板的导热面积(m)F2=0.785*(d+δ)2d- 发热器件的当量直径(m)热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算自然对流垂直表面hcs=1.414(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取散热表面的高,m水平表面,热表面朝上hct=1.322(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m 水平表面,热表面朝下hcb=0.661(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m挤压技术铝挤压技术是 CPU散热片制作工艺中较为成熟的技术，主要针对铝合金材料的加工，因为铝合金材料密度相对较低，可塑性比较强。

电子产品热设计及数值分析研究

环。
引言
随着微电子技术、高密度三维组装技术的迅速发展，集成电路得到了广泛应用，各种大功率元器件的应用越来越多，电子器件的封装形式及性能也不断提升。集成电路不断向复合化和集成化的方向发展，可以说现代电子产品正日益成为由高密度组装、微组装所形成的高度集成系统。在电子产品广泛应用的今天，人们对电子产品也越来越追求多功能、便携和高可靠性。这种电子产品功率上升、设备小型化的发展趋势使得电子元件内部整体功耗及热量增加，电子元件及产品系统内部的温度上升。统计资料表明：电子元器件温度每升高２，可靠性下降 ℃ ｌ％，温升５￣时的寿命只有温升２ ℃时的００Ｃ５１６／ …，所以说高温因素大大地增加了电子产品的故障率。因此，热设计是电子产品可靠性及其性能的基础。
一
２电子产品的热设计和热分析
工程中的热设计首先要进行需求分析，这包括设备基本类型、使用环境、整机功耗、内部板卡功耗和外观要求，然后根据需求分析选择冷却方式。当然在很多情况下冷却方式是唯一的。例如，大部分军用产品中只能通过热传导的方式进行散热。在确定冷却方式后就可以进行建模、热分析等后续步骤。图１热设计的一个基本流程。下面通是过一个实例来了解电子产品的热设计过程。一

小型机械电子设备机箱的热设计

小型机械电子设备机箱的热设计摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，作为电子设备的关键热传导部件，机箱设计质量与电子设备的使用寿命息息相关，机箱设计是电子设备结构设计的关键环节，其是研发人员主要探究的部分。

据此，本文主要对小型电子设备机箱的热设计进行了详细分析。

关键词：小型电子设备；机箱；热设计引言：近年来，随着电子设备的小型化，集成电路的高度集成，元器件、组件的热流密度不断提高。

特别作为军用的电子设备，其工作环境恶劣，常置于高温、高湿、低气压、寒冷、霉菌、盐雾和电磁干扰环境之中，电子设备基本设计为全密闭机箱结构形式。

电子设备在密闭的机箱内工作，热设计面临严峻挑战，尤其在高温环境下工作时，其内部热量如果不能及时散掉将直接影响处理单元正常工作。

而当处理单元在低温环境下工作时，其内部元器件会在低于某温度时出现工作异常。

因此需要设计一种在高温时散热性能好、在低温时具有加热控制功能的全密闭机箱，用于承载设备处理单元，以保证其正常工作。

本文设计了一种全密闭机箱，在高温时通过强迫风冷方式将处理单元产生的热量散掉，在低温时通过加热装置及控制电路快速加热机箱并控制加热过程，保证了各处理单元的正常工作。

1 小型电子设备机箱的散热措施1.1 合理布置元器件对元器件和其之间的距离进行有效控制，能够促使空气流动有所增加，并提高对流传热和热传导水平，有助于控制电子设备温度。

在电路板上，安装半导体器件时，需要把大功率晶体管，放置到气流入口的上游位置，在气流的下游出口位置，放置功率较小的集成电路，以此保持电子设备内部温度足够均衡，散热充分均匀。

在进行元器件布置时，还需要测试变压器等等各种元件的性能，其中不耐热的元件应该安置在气流入口的上游位置，确保元件可以充分发挥作用，正常运转。

尤其是要正确处理热敏感元件，即利用热屏蔽的方式方法，控制电子设备的温差。

1.2 科学安排印制电路板在进行电子设备设计和安装的过程中，只存在一块印制电路板，其放置方向就不会存在特殊性，垂直放置或者水平放置都能够确保其正常运行的温度，而温度上升的范围是大体一致的。

热设计及热分析

热设计及热分析一、热设计热设计是随着通讯和信息技术产业的发展而出现的一个较新的行业，且越来越被重视。

随着通讯和信息产品性能的不断提升和人们对于通讯和信息设备便携化和微型化要求的不断提升，信息设备的功耗不断上升，而体积趋于减小，高热流密度散热需求越来越迫切。

热设计便是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。

此外，低温环境下控制加热量而使设备启动也是热可靠性的重要内容。

目前，热设计在电动汽车动力系统热管理和热仿真、高科技、医疗设备、军工精密装备等行业中越来越被重视，成为产品研发中不可缺少的重要领域。

二、热分析软件介绍FLOTHERM是一套由电子系统散热仿真软件先驱----英国FLOMERICS软件公司开发并广为全球各地电子系统结构设计工程师和电子电路设计工程师使用的电子系统散热仿真分析软件，全球排名第一且市场占有率高达80%以上。

三、电子行业热分析电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。

随着全球电子工业的飞速发展，电子产品的设计愈来愈精细、复杂，市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时，还要日趋小型化。

电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。

电子产品热分析：众所周知，电子元件在运作的时候，无法达到100%的效率，所流失的能量绝大部分都转换成为热量发散，但是对于电子元件来说，温度每上升10℃，其寿命就减少到原来的一半甚至更短，这就是其随温度而变的特性。

所以进行电脑等各种设备的热仿真有助于提高器件的使用寿命。

1.显卡的散热器仿真显卡热管散热器，通过添加热管能有效的降低热源到散热器的热阻，进而显著提高显卡散热性能。

2. LED封装仿真以及散热片散热性能详细的LED封装模型，通过仿真验证和考察电路板及散热片的散热性能。

运用TRIZ解决电子产品的过热问题

如何运用TRIZ解决电子产品的过热问题？随着科技的不断进步，电子产品已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

然而，在使用过程中，许多设备都会遇到一个令人困扰的问题——过热。

过热不仅会降低设备的使用寿命，还可能对其正常使用产生影响。

那么，如何解决这个问题呢？答案就是TRIZ。

首先，让我们了解一下电子产品过热的原因。

过热通常是由于设备内部的热量无法有效散发出去，导致温度升高。

这可能是由于设计上的缺陷、散热系统不良、高负载运行等原因造成的。

为了解决这个问题，深圳天行健六西格玛咨询公司利用TRIZ中的理论工具，提出一系列解决方案。

方案一：改进散热系统我们可以重新设计设备的散热系统，提高其散热效率。

例如，增加散热器面积、优化散热材料、改进散热通道等措施都可以有效降低设备温度。

方案二：智能散热通过添加温度传感器和智能控制算法，我们可以实现设备的智能散热。

当温度升高时，系统会自动启动散热机制，降低设备温度。

方案三：优化设备结构我们可以重新设计设备的结构，使其更符合空气动力学原理，提高散热效率。

例如，将设备设计成流线型，减少空气阻力，有利于散热。

方案四：加强散热材料性能通过研发新型的散热材料，提高其导热性能，可以有效地增强设备的散热能力。

方案五：引入液冷技术对于一些高功率设备，可以考虑引入液冷技术。

通过流动的液体来带走设备运行时产生的热量，能够更有效地降低设备温度。

综上所述，应用TRIZ理论，我们可以提出多种解决方案来解决电子产品的过热问题。

当然，具体实施哪种方案，需要根据设备的实际情况和需求进行选择。

相信随着科技的不断进步，我们能够看到更多利用TRIZ解决实际问题的成功案例。

弹载电子设备热设计分析

弹载电子设备热设计分析弹载电子设备热设计分析本文关键词：电子设备，分析，设计弹载电子设备热设计分析本文简介：摘要：随着大功率电子器件和大规模集成电路在弹载电子设备中的普遍应用，其散热难题日益突出。

现结合某小型弹载雷达的热设计，对弹载电子设备的散热技术进行了研究。

通过仿真手段，分析了大热耗元器件的瞬态工作温度变化，并开展了导热路径优化设计和相变储热设计，分析结果表明优化设计后，芯片温度明显降低，满足其工作温弹载电子设备热设计分析本文内容：摘要：随着大功率电子器件和大规模集成电路在弹载电子设备中的普遍应用，其散热难题日益突出。

现结合某小型弹载雷达的热设计，对弹载电子设备的散热技术进行了研究。

通过仿真手段，分析了大热耗元器件的瞬态工作温度变化，并开展了导热路径优化设计和相变储热设计，分析结果表明优化设计后，芯片温度明显降低，满足其工作温度指标要求。

关键词：弹载电子设备；热设计；相变材料引言弹载电子设备受应用平台的限制面临着可用空间和重量等多方面的限制，为了提升性能，大功率电子器件和大规模集成电路在弹载电子设备上的应用越来越多，导致其功率密度越来越大。

受外部气动加热的影响，在导弹飞行中段和末段开始工作的电子设备还要面临很高的初始工作温度，这使得弹载电子设备的散热问题日益突出[1-3]。

弹载应用平台的特殊性和电子设备短时工作的特点决定了其难以采用传统的风冷或液冷等传统的冷却方式解决设备散热的问题，目前，弹载电子设备主要采用热传导及热沉储热等被动冷却方式进行散热[4]。

本文结合某小型弹载雷达的热设计，对弹载电子设备的散热技术进行了研究。

1系统热设计1.1系统概述某小型弹载雷达系统由天线、TR组件、冷板、框架结构和后端电子设备组成，如图1所示（图中框架结构未显示）。

系统中主要的功率器件为8个TR组件，每个组件中包含8个大功率芯片，芯片尺寸为3mm×3mm×1.5mm，热耗为3.5W。

芯片先焊接在同样大小的钼铜上，再与铝合金底板焊接。

元器件的热设计和热阻分析

元器件的热设计和热阻分析
元器件是现代电子产品中必不可少的一部分。

尽管这些元器件在实际中发挥着重要作用，但它们同样涉及一些重要的技术问题，比如热设计和热阻分析。

在元器件中，各个芯片元器件不可避免地会产生热量。

与此同时，这些元器件也可能受到外部环境条件的影响。

在这种情况下，需要进行热设计和热阻分析，以确定元器件的温度、散热情况以及可能的风险因素等内容。

热设计是一个非常重要的技术手段，它可以帮助设计团队确定元器件的最大工作温度，并考虑如何改进热管理技术，以确保元器件的安全和稳定运行。

在热设计中，需要对元器件进行加热测试，以了解其热稳定性和散热能力等指标。

与热设计类似，热阻分析也是一项十分重要的技术手段。

它可以帮助确定元器件之间的热传导性能，以及热阻障碍，同时也可以帮助确定最佳组合方案，以优化元器件的热管理效果。

在热阻分析中，我们需要使用一些特殊的软件和工具来对元器件的热传导能力进行模拟和测试。

对于元器件的热设计和热阻分析而言，我们需要在各个方面进行考虑。

比如我们需要考虑元器件的材料、制造工艺、设备的各种工作情况以及环境因素。

这些因素将会对元器件的工作性能产生显著影响，从而可能影响整个系统的稳定性和可靠性。

最后，需要指出的是，元器件的热设计和热阻分析是一个非常复杂的领域，需要在各个方面进行慎重考虑。

虽然这些技术可以帮助我们确保元器件的稳定性和可靠性，但这同样需要设计团队具备丰富的技术知识和实验经验，以求在元器件的选型、设计和生产上都取得最佳效果。

雷达电子机箱的热分析及优化设计

• 24 •内燃机与配件雷达电子机箱的热分析及优化设计赵莲晋(中国电子科技集团公司第38研究所，合肥230088 )摘要：雷达电子机箱热控性能的好坏直接影响其工作性能与寿命。

某型号雷达的机箱由于使用环境改变，使用条件限制，无法采用原来的强迫风冷方式冷却，因此，需对机箱冷却方式做变更。

对该型号雷达机箱热控做优化改进方案，确定了在局部热点区域采用热管（均温板)提高热传导能力、将机箱壳体与散热翅片材料更换为导热性能更高的铝材、优化散热翅片参数的优化设计方法，确保优化后的冷却方案满足雷达电子机箱的热设计指标要求。

关键词：机箱；热设计;散热翅片；热管0引言电子设备机箱广泛应用于国防及民用工业等各个领域。

随着电子科学技术的发展，电子产品集成度越来越高，功率越来越大，因而其热设计难度也越来越大。

电子设备机箱热控性能的好坏直接影响电子设备工作性能与寿命[|]。

研究表明：电子设备的失效有55%是温度超过规定值引起的[2]，过热损坏是电子设备失效的主要形式[3，。

根据阿列纽斯定律，器件温度每升高10益时，失效率就会增加1个数量级[5]。

要提高电子设备机箱的可靠性和稳定性，需要对机箱进行合理的热设计。

电子设备机箱会根据其热耗特性及使用环境特点选用不同的冷却方式。

常见的冷却方式有:①空气冷却技术；②液体冷却技术；③热管冷却技术;④其它冷却技术（半导体、微通道、相变、压电风扇等）5]。

其中空气冷却技术包括自然冷却和强迫风冷。

自然冷却适用于热流密度低的场合，具有可靠性高、噪音低等优点；强迫风冷适用于热流密度更高一些的场合，散热效率较自然冷却提高了很多，但风机的使用会带来噪声与灰尘，可靠性相对下降，布置风道也会占用一些空间。

液体冷却技术的导热能力较空气冷却大大上升，但采用该方式冷却必须要有外部热交换器，系统较为复杂，成本高，维护困难。

热管冷却技术具有质量轻、导热性好、均温性能佳，结构灵活等特点，在局部过热、散热空间有限的条件下使用具有很大优势，既可将热量传导出去，又可减小散热装置尺寸。

电子设备热设计电子产物热设计及热仿真分析001

全能型车间主任实战技能会务组织：电子标准协会举办时间:１0月２0-２1日 10月27—28日11月17-1８日 1１月24—2５日 12月２2－２3日1２月2９—30日１3年1月12-13日１月1９－２０日费用：２800元／人（包括资料费、午餐及上下午茶点等）企业厂长、制造业生产总监、生产经理、车间主任及生产制造主管及一线干部l、明确现场干部的角色定位,掌握车间日常事务管理及人员管理的精髓2、掌握简单的质量工具改进生产品质的方法3、学习有效掌握生产进度，控制制造成本的方法4、学会发现和挖掘问题，掌握用简单工具解决各种车间复杂问题５、培养设备保养意识，学会运用ＴPＭ的方法提高生产力培训特色：l、可操作性:聚焦于现场的实际操作训练与能力提升２、系统提高：锁定车间管理人员能力点,通过训练，改变管理行为,提升管理技能3、寓教于练：知名企业实际案例分析，您的困惑大家解答,您所参加的不是一堂枯燥的“填鸭”课程而车间管理人员常常面临：ｌ、工作做了不少，每天也忙忙碌碌，管理好象还是理不出头绪,如何有效的推进车间管理工作?2、主管要改善，老板要降本,生产现场如何有效发现问题,持续改进?3、品种多，计划变化频繁,生产任务忽高忽低,如何提高生产车间柔型，有效的保证生产进度？４、生产过程不稳定,机器故障和产品质量问题常常发生，如何有效的控制提高质量和提高设备利用率?5、现场很多事情需要依靠下属和同级部门共同努力，可是经常是出了问题后，人人相互推脱,事情一误再误，如何有效的与他人沟通和协调,如何激发下属的主动性和责任心?内容系统完整、注重实际运用、两天的精心研修,与您共享车间管理的奥秘!第一讲：车间主任角色认知与职责管理是什么和管理做什么讨论：先有管理理论还是先有管理管理最精炼、最实用的认识：过程与手段／技术与艺术/行为与借力讨论：管理到底是不是一种科学管理具有哪两大主要特点讨论:领导者的管理核心推理为什么说管理必须要观念先行管理的一切行为可以浓缩为哪两个字课堂练习:管理三大关键词的关系第二讲、工作职责神圣化与班组管理车间主任的两种真实写照与四种身份对待企业与报酬的两种心态对待下属与下属的三种心态实战训练:如何管理好你的班长?班长有哪四种不称职表现？班长为什么总是忙而乱？班长有哪些事情做了等于不做？怎样才能发挥出班长的能力和优势？第三讲：系统认识现场、认识职责现场管理的定义（广义与狭义）现场管理的六大项目与三大核心现场管理的五大对象现场管理工作的三大基石现场管理的三大败笔现场管理水平的三个层次现场管理水平提升的三个步骤思考：各部门的工作重心是什么第四讲：把握N种管理系统／体系构筑的精髓观念：IＳO9000的效用是提升企业的体质问题：为什么只求证书不求正本？观念:精益就是把复杂问题简单化（TPS)问题：到底是什么创造了TＯYＯTＡ？“看板生产方式”是一种误导观念:“５S”不治百病，但能防百病问题:“５Ｓ”管理为什么不是一种模式?“5Ｓ”的精髓所在并不是真正的5个“S"为什么只能是“５S”而不是“6Ｓ、7Ｓ”观念：品质是意识决定成败问题：怎样才能强化员工的品质意识如何从更高层次理解品质“三不策"如何从更宽的层面理解“品质是制造出来的"为什么说品质和缺陷是完全不同的两回事只要构筑TＭ和6δ就能解决质量问题?观念:多批少量不是“多"和“少"而是“小"而“快”问题：什么是多批少量运行的“六化原则”构建标准换型程序的“五大要点"观念:TPＭ的主要目的是构筑更可靠的现场管理基础.问题：ＴPM就是全员生产保全？第五讲：把握职责吸收精髓生产效率与生产能力识别生产方式与生产原理识别标准化作业的三大内涵生产效率的三大内涵经济动作的三不原则练习：生产线平衡处理综合练习提高企业利润的两种最基本方法企业浪费的清单企业使用的基本标示(分析浪费的工具）工作改善的四大基本原则第六讲:如何实现有效的员工教育—-—员工素质低不是你的责任，不能提高员工的素质是你的责任）—－-员工为什么会犯错？—－-员工为什么会流失？－—－怎样才能管理好你的员工？人性化管理三／五理论在工作中的应用；经典案例１。

大功率LED灯的热分析与热设计

光谱中不包含红外部分，即其热量不能依靠辐射释
放；其次，ＥＬＤ灯具的扩散热阻及接触热阻都很大。而散热性差会导致很严重的后果，如减少ＬＤ的光输Ｅ出、缩短器件的寿命、偏移ＬＤ所发光的主波长等 …。Ｅ
收稿日期：０一ＯＯ２１１— ９Ｊ
中图分类号：Ｎ０．；Ｍ９３Ｔ３５９Ｔ２４文献标志码：Ａ文章编号：０１４５（０２０ — ２００１０ — ５１２１）２０２ — ４
ＴｈｒａｎｌｓｓＴＭＰｔｅｍａｅｉｎｂｓｄｏｉｈｐｗｅｅｍｌａａｙｉｈｒｌｓｇａｅｎｈｇ－ｏｒＬＥＤｄ
பைடு நூலகம்
级和系统集成散热级］中，片是主要的发热部。其芯件，其量子效率决定发热效率，底材料决定芯片向衬外传热效率；对封装而言，装结构、料以及丁艺直封材
大于１的ＬＤ芯片能量利用率还比较低，ＷＥ，目前的电光转换效率约为２％，０其余均转化为热能，而芯片
尺寸仅为ｉｌｌ２２５２５ｍ，ｘＴ￣．ｘ．ｍ。导致芯片的功率密度ｍ１很大（ｌｍ级）属于高热流密度器件。但是达ｍ量Ｗ／，ＬＤ器件的散热性比较差，先因为白光ＬＤ的发光Ｅ首Ｅ
接影响散热效率；系统集成散热级也就是所谓的外部散热器，主要包括散热片、热管、风扇、均温板等。近

第12章电子产品热设计

• 12.2.3电子产品热控制的目的 • 12.2.4电子元器件与模块的热设计 1.电子元器件的热设计 2.电子模块的热设计
变压器热设计处理
12.3 笔记本电脑散热设计实例分析
• 12.3.1笔记本电脑热源追踪 • 12.3.2笔记本与台式电脑散热比较
• 12.3.3 笔记本散热方式
1.风扇散热
3.机壳内外表面高黑度的降温效果比单面高黑度的效果好 4.在机壳内外表面黑化的基础上，合理改进通风结构
5.通风口的位置应注意气流短路而影响散热效果，通风口的进出应开在温差最大的两处，进风口要低，出风口要高
6.在自然散热时，通风孔面积的计算至关重要
7.结构要简单，不易落灰，又要满足强度，电磁兼容性要求和美观大方
比如，使用风冷散热器的体系在运行CPU负载较大时，会在短时间内出现温度热尖峰，或可能超出CPU警戒温度，而水冷散热体系则由于热容积大，热波动相对要小得多。
CPU的水冷散热系统
水冷系统下的笔记本温度曲线
12.3.4埃普八爪鱼笔记本散热器
埃普八爪鱼散热底座是由著名的精辉公司针对桌面支架系统推出的新款人体工程学支架，参考八爪鱼仿生学设计，主体采用铝合金结构和高强度工程塑料材料，设计精巧，做工优良，外观造型独特，具有很高的实用性和便携性。
用美属主观电体耐镀采供用，用电，质的，并感是提配高铝高有档合电两的金脑个同压散高时铸热速保，性静障表能音了面。风使细扇用喷，强沙采度金
USB
埃普八爪鱼散热底座的包装
细节欣赏
未使用八爪鱼散热器前鲁大师测试结果
使用八爪鱼散热器后鲁大师软件测试结果
12.4电子产品热设计实例： IBM“芯片帽”芯片散热系统

电子产品的热设计方法

电子产品的热设计方法(一)2007-05-03 14:51:28 字号：大中小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.温度对元器件的影响:一般而言,温度升高电阻阻值降低;高温会降低电容器的使用寿命;高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降, 一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C;温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚,焊点变脆,机械强度降低;结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加,导致集电极电流增加,又使结温进一步升高,最终导致组件失效.热设计的目的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标准及规范所规定的最高温度.最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致.在本次讲座中将学到那些内容风路的布局方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势.授课内容风路的设计方法 20分钟产品的热设计计算方法 40分钟风扇的基本定律及噪音的评估方法 20分钟海拔高度对热设计的影响及解决对策 20分钟热仿真技术、热设计的发展趋势 50分钟概述风路的设计方法 :通过典型应用案例,让学员掌握风路布局的原则及方法.产品的热设计计算方法 :通过实例分析,了解散热器的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法.风扇的基本定律及噪音的评估方法:了解风扇的基本定律及应用;了解噪音的评估方法.海拔高度对热设计的影响及解决对策:了解海拔高度对风扇性能的影响、海拔高度对散热器及元器件的影响,了解在热设计如何考虑海拔高度对热设计准确度的影响.热仿真技术:了解热仿真的目的、要求,常用热仿真软件介绍.热设计的发展趋势:了解最新散热技术、了解新材料.风路设计方法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.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.风路设计方法自然冷却的风路设计设计案例风路设计方法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;风路设计方法强迫冷却的风路设计典型结构风路设计方法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定型尺寸按及指数按下表选取热设计的基础理论自然对流换热有限空间的自然对流换热垂直封闭夹层的自然对流换热问题分为三种情况:(1) 在夹层内冷热壁的两股流道边界层能够相互结合,形成环流;(2) 夹层厚度δ与高度之比δ/h>0.3时,冷热的自然对流边界层不会相互干扰,也不会出现环流,可按大空间自然对流换热计算方法分别计算冷热的自然对流换热;(3) 冷热壁温差及厚度均较小,以厚度为定型尺寸的Gr=(Bg△tδ3)/υ3<2000时,通过夹层的热量可按纯导热过程计算.热设计的基础理论自然对流换热有限空间的自然对流换热水平夹层的自然对流换热问题分为三种情况:(1) 热面朝上,冷热面之间无流动发生,按导热计算;(2) 热面朝下,对气体Gr.Pr<1700,按导热计算;(3) 有限空间的自然对流换热方程式:Nu=C(Gr.Pr)m(δ/h)n定型尺寸为厚度δ,定性温度为冷热壁面的平均温度Tm=(tw1+tw2 )热设计的基础理论流体受迫流动换热管内受迫流动换热管内受迫流动的特征表现为:流体流速、管子入口段及温度场等因素对换热的影响.入口段:流体从进入管口开始需经历一段距离后管两侧的边界层才能够在管中心汇合,这时管断面流速分布及流动状态才达到定型.这段距离称为入口段.入口段管内流动换热系数是不稳定的,所以计算平均对流换热系数应对入口段进行修正.在紊流时,如果管长与管内径之比L/d>50则可忽略入口效应,实际上多属于此类情况.管内受迫层流换热准则式:Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25管内受迫紊流换热准则式:tw>tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.4.tw<tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.3热设计的基础理论流体动力学基础流量与断面平均流速流量:单位时间内流过过流断面的流体数量.如数量以体积衡量称为体积流量Q;单位为m3/s(CFM);如数量用重量衡量称为重量流量G,单位为Kg/s.二者的关系为:G=γQ断面平均流速:由于流体的粘性,过流断面上各点的流速分布不均匀,根据流量相等原则所确定的均匀流速称为断面平均流速.单位m/s(CFM)V＝Q/A湿周与水力半径湿周:过流断面上流体与固体壁面相接触的周界长度.用x表示,单位m.水力半径:总流过过流断面面积A与湿周x之比称为水力半径,应符号R表示,单位M.恒定流连续性方程对不可压缩流体:V1A1=V2A2.对可压缩流体 : ρ1V1A1=ρ1V2A2热设计的基础理论流体动力学基础恒定流能量方程对理想流体:Z+p/γ+v2/2g=常数实际流体:由于粘性作为会引起流动阻力,流体阻力与流体流动方向相反作负功,使流体的总能量不断衰减,每个断面的Z+p/y+v2/2g≠常数,假设流体从断面1到断面2的能量损失为hw,则元流的能量方程式为:Z1+p1/γ+v12/2g＝Z2+p2/γ+v22/2g+hw 热设计的基础理论流体动力学基础流体流动的阻力:由于流体的粘性和固体边界的影响,使流体在流动过程中受到阻力,这个阻力称为流动阻力,可分为沿程阻力和局部阻力两种.沿程阻力:在边界沿程不变的区域,流体沿全部流程的摩檫阻力.局部阻力:在边界急剧变化的区域,如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置,是流体的流体状态发生急剧变化而产生的流动阻力.层流、紊流与雷诺数层流:流体质点互不混杂,有规则的层流运动.Re=Vde/ν<2300 层流紊流:流体质点相互混杂,无规则的紊流运动.显然层流状态下只存在粘性引起的摩檫阻力,而紊流状态下除摩檫阻力外还存在由于质点相互碰撞、混杂所造成的惯性阻力,因此紊流的阻力较层流阻力大的多.Re=Vde/ν<2300 紊流热设计的基础理论流体动力学基础管内层流沿程阻力计算(达西公式)hf=λ(L/de)(ρV2/2)λ-沿程阻力系数,λ＝64/Re管内紊流沿程阻力计算hf=λ(L/de)(ρV2/2)λ＝f(Re,ε/d),即紊流时沿程阻力系数不仅与雷诺数有关,还与相对粗糟度ε有关. 尼古拉兹采用人工粗糟管进行试验得出了沿程阻力系数的经验公式:紊流光滑区:4000<Re<105, λ采用布拉修斯公式计算:λ＝0.3164/Re 0.25热设计的基础理论流体动力学基础非园管道沿程阻力的计算引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园管,只需把园管直径换成当量水力直径.de=4A/x局部阻力hj＝ξρV2/2ξ-局部阻力系数突然扩大: 按小面积流速计算的局部阻力系数:ζ1＝(1-A1/A2)按大面积流速计算的局部阻力系数:ζ2＝(1-A2/A1)突然缩小: 可从相关的资料中查阅经验值.电子产品的热设计方法(二)2007-05-03 14:53:24 字号：大中小散热器的设计方法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,以抗击瞬时热负荷的冲击,建议大于5mm以上.散热器的设计方法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大小的方法不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的定义散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的应用散热器的基板的优化方法不同风速下散热器齿间距选择方法不同风速下散热器齿间距选择方法优化散热器齿间距的经验公式及评估风速变化对热阻的影响的经验公式辐射换热的考虑原则如果物体表面的温度低于50℃,可忽略颜色对辐射换热的影响.因为此时辐射波长相当长,处于不可见的红外区.而在红外区,一个良好的发射体也是一个良好的吸收体,发射率和吸收率与物体表面的颜色无关.对于强迫风冷,由于散热表面的平均温度较低,一般可忽略辐射换热的贡献.如果物体表面的温度低于50℃,可不考虑辐射换热的影响.辐射换热面积计算时,如表面积不规则,应采用投影面积.即沿表面各部分绷紧绳子求得的就是这一投影面积,如图所示.辐射传热要求辐射表面必须彼此可见.热设计的计算方法冷却方式的选择方法确定冷却方法的原则在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却,只有在自然冷却无法满足散热要求时,才考虑其它冷却.冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流密度或体积功率密度值的范围来确定冷却方式,具有一定的局限性.热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法2:根据热流密度与温升要求,按图2所示关系曲线选择,此方法适应于温升要求不同的各类设备的冷却热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法案例某电子设备的功耗为300W,机壳的几何尺寸为248×381×432mm,在正常大气压下,若设备的允许温升为40℃,试问采用那种冷却方法比较合理?计算热流密度:q=300/2(2.48×2.2.48+2.48×4.32+2.2.81×4.32)=0.04W/cm2 当△t=40℃,q=0.04W/cm2时,其交点正好落在自然冷却范围内,所有采用自然冷却方法就可以满足要求.若设备的温升有严格限制,假设只允许10℃,由图2可以看出,需强迫风冷才能满足要求.机箱的热设计计算密封机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT对通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+1000uAΔT 对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+ 1000QfΔT 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/(7.4×10-5 H×Δt 1.5)s-通风口面积的大小,cm2Q-机柜内总的散热量,WH-机柜的高度,cm,约模块高度的1.5-1.8倍,Δt=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(φin2-φhub2)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)(N×S模块)N---每层模块的总数S模块---每一个模块的进风面积热设计的计算方法通风面积计算的案例[案例] 铁道信号电源机柜模块及系统均为自然冷却,每层模块的散热量为360W,模块的高度为7U,进出口温差按20℃计算,机柜实际宽度为680mm,试计算每层进出风口的面积?H按2倍模块的高度计算,即H=2×7U=14U进风口的面积按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5×H×△t1.5)=360/(7.4×10-5×14 ×4.44×201.5)=875 cm2进风口高度h机柜的宽度按B=680mm计,则进风口的高度为:H=Sin/B=875/68=128.7mmb 出风口面积SoutSout=(1.5-2.0)Sin=2×875=1750 cm2热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法q`=Q/(0.335△T)q`---实际所需的风量,M3/hQ----散热量,W△T-- 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.热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法案例:10K UPS主功率管部分的实际总损耗为800W,空气温升按15℃考虑,请选择合适的风扇.实际所须风量为:q`=Q/(0.335△t)=800/(0.335×15)=159.2m3/h按照2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=2q`=2×159.2=318.4m3/h下表风扇为可选型号热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的热阻散热器的热阻是从大的方面包括三个部分.RSA=R对+R导+ R辐R对=1/(hc F1)F1--对流换热面积(m), hc –对流换热系数(w/m2.k)R辐--辐射换热热阻 ,对强迫风冷可忽略不计对自然冷却 R辐＝1/(4бεTm3)R导＝R 基板+R肋导＝δ/(λF2)+((1/η)-1)R对流λ--导热系数,w/m.h.℃δ-- 散热器基板厚度(m)η-- 肋效率系数F2--基板的导热面积(m)F2=0.785*(d+δ)2d- 发热器件的当量直径(m)热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算自然对流垂直表面hcs=1.414(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取散热表面的高,m 水平表面,热表面朝上hct=1.322(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m 水平表面,热表面朝下hcb=0.661(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m电子产品的热设计方法(三)2007-05-03 14:54:08 字号：大中小热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算强迫对流层流 Ref<105hc＝(1.1-1.4) λ空气 0.66Ref 0.5/L湍流 Ref>105hc＝(1.1-1.4) λ空气 0.032Ref 0.8/L肋片效率对直齿肋:η=th(mb)/(mb))m=(2 hc/λδ0)δ0:肋片根部厚度(m)b. 肋高(m)热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的流阻计算散热器的流阻包括沿程阻力损失及局部阻力损失△P＝hf+hj=λf•L/de•ρV22/2+ζρV22/2λ f --沿程阻力系数L--流向长度(m)de--当量水利直径(m),de=4A流通/湿周长V--断面流速(m/s)沿程阻力系数计算λ f层流区:Re=Vd/υ≤2300λf=64/Re紊统光滑区 4000<Re<105 λf=0.3164/Re0.25υ--运动粘度系数(m2/s),从文献中查找热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的流阻计算局面阻力系数ζ突然扩大按小面积流速计算的局部阻力系数:ζ1＝(1-A1A2)按大面积流速计算的局部阻力系数: ζ2＝(1-A2/A1)突然缩小可从相关的资料中查阅经验值.热设计的计算方法型材散热器的计算【案例】散热器DXC-616(天津铝合金厂编号),截面图略,散热器的截面积为77.78cm2,周长为2.302m,单位长度的重量为21KG/m.风扇采用PAPST 4656Z ,风扇功率19W,最大风量为160m3/h,压头为70Pa.风道阻力曲线的计算入口面积:Fin=0.785×D2 =0.785×0.1192=0.01116m2流通面积:Ff=Fin-Fc=0.01116-0.007778=3.338×10-3m2水力直径: de＝4Ff/x=4×3.338×10-3/2.302=5.8×10-3m 由于风速较低,一般最大不会超过6m/s,雷诺数<2300,沿程阻力系数按下式计算:λ=64/Re＝64 ν/Vde沿程阻力按下式计算:hf=λ(L/de)(ρV2/2)=(64 ν/Vde)(L/de)(ρV2/2)=(64×16.96×10-6×0.24/(V×0.00582))(ρV2/2)=(8.07/V)(ρV2/2)局部阻力按下式计算:hj＝ξρV2/2对于突然缩小,A2/A1=0.003338/0.01116=0.3,查表得ξ＝0.38总阻力损失 H=hf+ hj=(0.38+8.07/V )(ρV2/2)热设计的计算方法型材散热器的计算【案例】续确定风扇的工作点10KVA UPS 的选择风扇为PAPST 4656Z,我们把风道曲线与风扇的曲线进行叠加,其交点即为风扇的工作点,给工作点对应的风速为5m/s,压力为35Pa.散热器的校核计算雷诺数Ref=V×L/ν=5×0.24/16.96×10-6=5.6604×104努谢尔特数: Nuf=0.66Ref0.5=0.66(5.6604×104)0.5=157对流换热系数:hc=1.4λNuf/L=21.7w/m.km=(2 hc/λδ)0.5=9.82ml=9.82×0.03=0.295,查得:η＝0.96该散热器的最大散热量为(散热器台面温升按最大40℃考虑):Q＝hcF△t η=460.4W计算结果表面,散热器及风扇选型是合理的.热设计的计算方法冷板的计算方法传热计算确定空气流过冷板后的温升:t=Q/qmCp确定定性温度 tf=(2ts+t1+t2)/4, 冷板台面温度 ts为假定值设定冷板的宽度为b,则通道的横截面积为Ac ,Ac=b×Ac0确定定性温度下的物性参数(μ、Cp、ρ、Pr).流体的质量流速和雷诺数 G=qm/Af Re=deG/μ根据雷诺数确定流体的状态(层流或紊流), Re<1800, 层流, Re>105, 湍流根据流体的状态(层流或紊流)计算考尔本数JRe<1800,层流 J=6/Re 0.98 Re>105,湍流 J=0.023/Re 0.2也可以根据齿形及雷诺数从GJB/Z 27-92 图12-18查得热设计的计算方法冷板的计算方法传热计算计算冷板的换热系数: h= JGCpPr2/3计算肋片的效率 m=(2h/λδ)0.5,ηf=th(ml)/ml(也可以根据ml值查相应的图表得到肋片效率)计算冷板的总效率:忽略盖板及底版的效率,总效率为:A＝At+Ar+Ab, η0＝1-Ar(1-ηf)/A计算传热单元数 NTU＝hη0A/qmCp计算冷板散热器的台面温度ts=(eNTUt2-t1)/(eNTU-1)热设计的计算方法冷板的计算方法流体流动阻力计算计算流通面积与冷板横截面积之比ζ=Af/Ac查空气进入冷板时入口的损失系数Kc=f(Re,ζ): 根据雷诺数Re及ζ从GJB/Z 27-92 图12-16及图12-16查得查摩擦系数f=f(Re,ζ): 根据雷诺数Re从GJB/Z 27-92 图12-18查得计算流动阻力△P＝G2[(Kc+1-ζ2)+2(ρ2/ρ1-1)+fρ1A/(Afρm)-(1-ζ2-Ke)ρ1/ρ2]/(2ρ1)热设计的计算方法冷板的计算方法判断准则确定是否满足ts<[ts],如果不满足,需增大换热面积或增大空气流量.确定是否满足△P<[△P],如果不满足,需减小冷板的阻力(如选择阻力较小的齿形、增大齿解决等)或重新选择压头较大的风扇热设计的计算方法冷板的计算方法案例:10KVA UPS 冷板散热器,器件的损耗为870.5W,要求冷板散热器台面温升小于30℃(在40℃的环境温度下).冷板散热器的截面图略梯形小通道面积:Ai=(3.8+2.6)×9.5/2=30.4mm2每排有29个梯形小通道,共22排,n=29×22=638个基板厚度为:9mm总的流通面积Af =30.4×29×22=0.0193952 m2冷板的横截面积Ac=120×120×2=0.0288 m2水力半径:de=4Afi/х=4×30.4/(2×9.5+3.8+2.6)=4.787mm热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续确定风扇的工作点Re=de G/μ=deqm/μAf在40℃空气的物性参数为: μ＝19.1×10-6kg/m.s, ρ1＝1.12kg/m3 Re=(4.787×10-3×1.12×0.30483 qm1/(60×19.1×10-6×0.0193952) =6.831 qm1(qm1的单位为:CFM)ζ=Af/Ac=0.0193952/0.0288=0.673热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续先忽略空气密度的变化,不同流量的流阻计算如下表所示:我们把两个NMB4715的风扇流量相加,静压不变,得出两个风扇并联后的静压曲线,再把上表的数据绘制成风道曲线并与风扇静压曲线进行画在同一张图上,其交点即为风扇的工作点,即为(170CFM,0.13in.H2O),工作点对应的风速为4.14m/s.热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续空气流过冷板后的温升空气口温度为40 ℃,ρ1＝1.12kg/m3,Cp=1005.7J/kg. ℃μ=19.1×10-6kg/m.s, Pr=0.699质量流量qm=0.080231×1.12=0.08986kg/s△t= Q/qmCp=870.5/0.08986×1005.7=9.63 ℃定性温度: tf=(2ts+t1+t2)= (2×80+40+49.63)/4=62.4℃按定性温度查物性得: ρ1＝1.06kg/m3,Cp=1005.7J/kg.℃μ=20.1×10-6kg/m.s,Pr=0.696换热系数质量流速 G=qm/Af=4.14×1.12=4.64kg/m2.s雷诺数 Re=deG/μ=4.787×10-3×4.64/(20.1×10-6)=1105.1层流J=6/Re 0.98=6/1105.10.98=6.25×10-3h= JGCpPr-2/3=6.25×10-3×4.64×1005.7×0.696-2/3 =37.14W/m2.℃ 肋片效率 m=(2h/λδ)0.5=(2×37.14/(180 ×0.001))0.5=20.3ml=20.3×0.11=2.23ηf=th(ml)/ml=th(2.23)/2.23=0.433传热单元数:NTU＝hη0A/qmCp=37.14×0.433×3.241 =0.5772冷板的表面温度: Ts=(eNTUt2-t1)/(eNTU-1)=61.9 ℃<70℃冷板设计方案满足散热要求.风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇定律风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题风扇产生的噪音与风扇的工作点或风量有直接关系,对于轴流风扇在大风量,低风压的区域噪音最小,对于离心风机在高风压,低风量的区域噪音最小,这和风扇的最佳工作区是吻合的.注意不要让风扇工作在高噪音区.风扇进风口受阻挡所产生的噪音比其出风口受阻挡产生的噪音大好几倍,所以一般应保证风扇进风口离阻挡物至少30mm的距离,以免产生额外的噪音.对于风扇冷却的机柜,在标准机房内噪音不得超过55dB,在普通民房内不得超过65dB.风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题对于不得不采用大风量,高风压风扇从而产生较大噪音的情况,可以在机柜的进风口、出风口、前后门内侧、风扇框面板、侧板等处在不影响进风的条件下贴吸音材料,吸音效果较好的材料主要是多孔介质,如玻璃棉,厚度越厚越好.有时由于没有合适的风机而选择了转速较高的风机,在保证设计风量的条件下,可以通过调整风机的电压或其它方式降低风扇的转速,从而降低风扇的噪音.相应的噪音降低变化按下式计算:N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1)风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题【案例】:一电源模块采用一个轴流风扇进行冷却,为了有效抑止噪音,要求风扇只有在监控点的温度高于85℃才全速运转,其余情况风扇必须半速运转.已知风扇全速运转时转速为2000RMP,噪音为40db,求在半速运转时风扇的噪音为多少?如果已知全速运转时风扇的工作点为(50CFM,0.3IN.H2O),试求风扇在半速运转时的工作点.解:根据风扇定律N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1)＝40+50 log10 (1000/2000) ＝24.9dbP2 =P1 (RPM2/RPM1)2＝0.3(1000/2000)2=0.075 IN.H2OCFM2 = CFM1 (RPM2/RPM1)＝50(1000/2000)=25CFM海拔高度对热设计的影响及解决对策海拔高度对自然冷却条件的热设计要求对于自然对流,其传热机理是由于冷却空气吸热后其密度减小,迫使重力场中的空气上升而形成冷热空气的对流而产生热量传递.由于随着海拔高度的增加,空气的密度逐渐减小,空气上升的能力也就减少,自然对流换热的能力减弱.自然对流换热能力的变化最终体现在对流换热系数的变化上,根据美国斯坦伯格的经验公式,如果忽略空气温度的变化,可按下式计算海拔高度对自然对流的影响强弱.hc(高空)＝hc(海平面)(ρ高空/ρ海平面)0.5=hc(海平面) (p高空/p海平面)0.5hc(高空),hc(海平面)-分别为高空及海平面的自然对流换热系数,W/m.k ρ高空,ρ海平面-分别为高空及海平面的空气密度,Kg/m3p高空,p海平面-分别为高空及海平面的空气压力,帕斯卡海拔高度对热设计的影响及解决对策海拔高度对强迫冷却条件的热设计要求海拔高度对强迫风冷影响的机理是由于随着海拔高度的增加,空气密度减小,。

雷达电子机箱的热分析及优化设计

雷达电子机箱的热分析及优化设计摘要：雷达电子机箱的热控性能对其使用年限产生的影响非常大，如果雷达电子机箱的使用环境发生很大的变化，其使用条件会产生一定的限制，导致强迫风冷效果不能充分发挥。

因此，要对雷达电子机箱进行优化，提升热传导能力。

关键词：机箱；热传导；热管电子设备在人们生活和生产的各个领域都得到广泛应用，随着电子科学技术的改善，电子产品朝着高度集成方向发展，由于其功能越来越多，在热设计中，难度也越来越大。

电子设备机箱热控性能对电子设备的使用性能产生决定影响，如果电子设备温度超过规定值的55%，就会导致设备故障产生。

一、相关问题（一）原机箱结构和热设计机箱内部结合了数字板和射频板，每个模块上都有风冷冷板起到散热效果，机箱的一端主要是风冷冷板，射频板也采用风冷冷板的方式。

在机箱上，设计了两个风机，采用强迫风冷的方式，雷达电子机箱四块板面上都结合热耗情况，设计风冷性能，将热量散发出来。

四块印板中，风冷翅片的高度为3毫米，间隙设计为3毫米。

（二）问题分析在机箱设计中，采用风机和风冷翅片起到降温的效果，雷达电子机箱在不同的使用条件下，其性能也发生变化。

当环境温度为55摄氏度时，风机散热效果不明显，冷源匮乏。

如果还是采用自然散热的方式，数字板、电源板和射频板的温度非常高，高达90摄氏度以上，不能确保导热效果。

因此，应该将风机拆除，采用其他的散热方式。

二、机箱散热优化设计机箱内的四个模块中，结合各类功率器件，数字板上的元件最多。

在数字板运行中，将风机去掉，要满足散热性能，防止印刷板上出现局部过热的情况，提升箱体的热传导效果，对散热翅片的参数进行优化。

在建立仿真软件的基础上，在仿真模型求解的环节中，应该对螺钉孔等局部构件进行相应的设计。

（一）器件局部过热的改善在对机箱的热耗分布情况分析后，结合热设计的标准，在热设计中应该非常注意。

所以，机箱散热环节中，主要是对数字板降温。

在自然散热的情况下，数字板的温度比较平均，有些器件温度比较高，所以，在散热翅片底板上应该铺设铜或者衬热管，提升热量的传导效率。

电子产品热设计

电子产品有效的功率输出要比电路工作所需输入的功率小得多。

多余的功率大部分转化为热而耗散。

当前电子产品大多追求缩小尺寸、增加元器件密度，这种情况导致了热量的集中，因此需要采用合理的热设计手段，进行有效的散热，以便产品在规定的温度极限内工作。

热设计技术就是指利用热的传递条件，通过冷却措施控制电子产品内部所有元器件的温度，使其在产品所在的工作条件下，以不超过规定的最高温度稳定工作的设计技术。

一、电子产品热设计的目的电子产品在工作时会产生不同程度的热能，尤其是一些功耗较大的元器件，如变压器、大功率晶体管、电力电子器件、大规模集成电路、功率损耗大的电阻等，实际上它们是一个热源，会使产品的温度升高。

在温度发生变化时，几乎所有的材料都会出现膨胀或收缩现象，这种膨胀或收缩会引起零件间的配合、密封及内部的应力问题。

温度不均引起的局部应力集中是有害的，金属结构在加热或冷却循环作用下会产生应力，从而导致金属因疲劳而毁坏。

另外，对于电子产品而言，元器件都有一定的工作温度范围，如果超过其温度极限，会引起电子产品工作状态的改变，缩短使用寿命，甚至损坏，导致电子产品不能稳定、可靠地工作。

电子产品热设计的主要目的就是通过合理的散热设计，降低产品的工作温度，控制电子产品内部所有元器件的温度，使其在所处的工作环境温度下，以不超过规定的最高允许温度正常工作，避免高温导致故障，从而提高产品的可靠性。

二、电子产品散热系统简介热传递的三种基本方式是传导、对流和辐射，对应的散热方式为：传导散热、对流散热和辐射散热。

典型的散热系统介绍如下：（1）自然冷却系统自然冷却系统是指电子产品所产生的热量通过传导、对流、辐射三种方式自然地散发到周围的空气中（环境温度略微升高），再通过空调等其他设备降低环境温度，达到散热的目的。

此类散热系统的设计原则是：尽可能减少传递热阻，增加产品中的对流风道和换热面积，增大产品外表的辐射面积。

自然冷却是最简单、最经济的冷却方法"旦散热量不大，一般用于热流密度不大的产品中。

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