热设计培训讲义(电子科技大学)
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热设计-电子科技大学共123页PPT
热设计-电子科技大学
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6、黄金时代是在我们的
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
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6、黄金时代是在我们的
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
电子产品热设计培训稿
首先计算该机柜的体积功率密度和热流密度。
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。
16
三、机箱自然对流热设计 影响自然对流冷却的主要因素
印制板的间距 电子元件耗散功率及布局 自然对流换热表面传热系数 机箱表面和环境空气之间的温差 机箱表面积
（4）各个元器件的参数选择、安装位置与方式必须符合散热要 求。 a、元器件的发热表面与散热表面之间的接触热阻应尽可能小。 b、根据元器件的损耗大小及温升要求确定是否加装散热器。 c、模块的控制回路中尽可能加装温度继电器、压力继电器等热 保护回路， 以提高系统的可靠性。
12
二、热设计的方法
（三）热设计遵循的原则
热阻、系统热阻）。温差越大，热流量就越大。△T＝RQ 热阻的单位是℃/W。
6
一、热设计基本知识
热设计的有关概念
（8）热阻网络 热阻的串联、并联或混联形成的热流 路径图。
（9）功耗 电子设备工作时需要电功率，因为元器件 并非完全有效，因而有不少功率转换成热。如果找不 到一条通路来散热，温度就会升高。这个热流量就是 功耗。
0.90
0.90
85
100
115
10
二、热设计的方法
（二）常用冷却方法的选择和设计要求 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、冷板技术等）。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。
由于铜皮散热太快，容易造成焊接不良，必须进行隔热设计，常见的隔热设计 方法如图 7 所示。
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。
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三、机箱自然对流热设计 影响自然对流冷却的主要因素
印制板的间距 电子元件耗散功率及布局 自然对流换热表面传热系数 机箱表面和环境空气之间的温差 机箱表面积
（4）各个元器件的参数选择、安装位置与方式必须符合散热要 求。 a、元器件的发热表面与散热表面之间的接触热阻应尽可能小。 b、根据元器件的损耗大小及温升要求确定是否加装散热器。 c、模块的控制回路中尽可能加装温度继电器、压力继电器等热 保护回路， 以提高系统的可靠性。
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二、热设计的方法
（三）热设计遵循的原则
热阻、系统热阻）。温差越大，热流量就越大。△T＝RQ 热阻的单位是℃/W。
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一、热设计基本知识
热设计的有关概念
（8）热阻网络 热阻的串联、并联或混联形成的热流 路径图。
（9）功耗 电子设备工作时需要电功率，因为元器件 并非完全有效，因而有不少功率转换成热。如果找不 到一条通路来散热，温度就会升高。这个热流量就是 功耗。
0.90
0.90
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二、热设计的方法
（二）常用冷却方法的选择和设计要求 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、冷板技术等）。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。
由于铜皮散热太快，容易造成焊接不良，必须进行隔热设计，常见的隔热设计 方法如图 7 所示。
热设计培训讲义共237页文档
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
热设计培训讲义
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
热设计培训讲义
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
热设计培训讲义
4
W /m
2
注：上面两个公式中的温度均为绝对温度，而非摄氏温度。
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。
灰体：其黑度和吸收比与波长无关的理想体。灰体的吸收比 恒等于同温度下的黑度。一般工程材料均可当成灰体处理 ⑵ 辐射换热的网络分析法 思路：把辐射换热模拟成相应的电路系统。 做法：引入两个辐射换热热阻。
1.5 稳态传热
1.6 瞬态传热 1.7 耗散功率的规定
1.1 引言
电子元件的热封装和热设计 电子设备热控制技术的发展 热控制的基本目的：防止电子元件严重 的热损坏
1.2 热源和热阻
电子设备工作过程中可能的三种热量来源
① ② ③ 功率元件耗散的热量：电能→热能 周围环境传递给设备的热量 大气中高速运动的设备由摩擦引起的增温
工程中肋片散热量的计算步骤：
⑴ 计算当量肋高
等截面矩形肋 l c l / 2
l = r2 r1 矩形截面环行肋 l c l / 2 r r l 0 1 c
三角形肋
lc = l
f
th ( m l c ) m lc
⑵ 计算肋效率
⑶ 计算理想情况下的肋片散热量
定义肋效率：
f
肋片实际散热量 按肋片基部温度计算的散热量
＝
Q Q0
在上述分析条件下，通过能量守恒定律及傅立叶导热定律，可以得 到肋片效率的计算公式为：
f
th ( m l c ) m lc
U
α—— 对流换热系数； m λ—— 肋片导热系数 Ac U —— 横截面周长； lc—— 当量肋高； AC —— 横截面面积。
电子产品热设计原理和原则培训课件
01
服务器热设计案例
Dell PowerEdge R740
02
热设计挑战
服务器内部通常有多颗处理器和多个硬盘，发热量大，且需要保证长时
间稳定运行，对散热要求极高。
03
解决方案
Dell PowerEdge R740采用了高效的风道设计和多风扇散热系统，同时
使用了液冷技术，如冷板式和浸没式液冷，来将热量快速散发出去。
自然散热技术是指利用自然对流和辐射散热的方式，将电子产品的热量传递到周围 环境中。
自然散热技术适用于低功耗、低发热的电子产品，如小型电子设备、遥控器等。
自然散热技术的优点是结构简单、成本低、可靠性高，缺点是散热效果受环境温度 影响较大，散热效率较低。
强制风冷散热技术
强制风冷散热技术是指通过风扇等机 械通风装置，强制将冷空气吹向发热 元件，将热量带走并排放到周围环境 中。
详细描述
导热是热设计中的基本原理之一，主要通过固体材料的晶格结构和自由电子的 运动传递热量。热量从高温向低温传递，传递速率与材料的导热系数成正比。 常见的导热材料包括金属、石墨烯、金刚石等。
对流换热原理
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，涉及到流体中质点的宏观运 动和流体分子与固体表面之间的微观相互作用。
电子产品热设计的目标与原则
目标
确保电子产品在工作过程中温度 处于安全范围内，防止过热，保 证稳定运行。
原则
合理选择散热方式、优化散热结 构、降低热阻、提高散热效率。
电子产品热设计的基本流程
选择散热方式
根据实际情况选择自然散热、 强制散热或热管散热等散热方 式。
仿真与优化
利用热仿真软件对设计进行仿 真，分析散热效果，并根据仿 真结果进行优化。
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5
风路设计方法
自然冷却的风路设计
设计案例
6
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
交流配电单元
监控模块 风道 整流模块
交流配电单元
监控模块 整流模块
进风口
进风口
直流配电单元
直流配电单元
7
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；
hf=λ (L/de)(ρ V2/2)
λ －沿程阻力系数，λ ＝64/Re 管内紊流沿程阻力计算
hf=λ (L/de)(ρ V2/2)
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
垂直夹层 Nu准则方程式 0.197 (Gr.Pr) 1/4(δ /h) 1/9 0.073 (Gr.Pr) 1/3(δ /h) 1/9 水平夹层(热面在 下) 0.059 (Gr.Pr) 0.4 0.212 (Gr.Pr) 1/4 适用范围 6000<(Gr.Pr)<2¬105 2¬105 <(Gr.Pr)<1.1 ¬ 107 1700<(Gr.Pr)<7000 7000<(Gr.Pr)<3.2 ¬107 3.2 ¬107 <(Gr.Pr)
13
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 )
17
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。
产品的热设计方法
2014-8-21
1
介绍
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，最终导致元件失 效。
3
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 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。
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。
海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔
19
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＝ξ ρ V2/2
ξ －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：ζ 1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ 2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。
21
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。
22
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。
ç ²
ÊÓ Ã« ´Î § Gr.Pr
104-109 109-1013 ´D ¾ 10-2-102 102-104 104-107 107-1012 ½µ Á öª ß± ¤ 2¡ Á 104-8¡ Á 106 ³£ Ö ¬« Ƕ æÔ ò 8¡ Á 108-1011 æ» Ã ýÓ èÖ Ü± ¤® Öª È£ ¬105-1011 0.9d
14
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：
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 ： ρ 1V1A1=ρ 1V2A2
16
热设计的基础理论
流体动力学基础
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 íà ª æРά ²¼ ©» ÎÖ Ã C¡ ¢ nÖ ³ ¨Í ´ б ß ÷¬ Á Ì C n ¶Ö ² ª½ ƪ Ú¼ ©¶ ²Ö ª° ÔÖ ù ãÁ ° ÷ 0.59 1Ô Â 4È Õ µ ß´ Èh ÉÁ Î ÷ 0.1 1Ô Â 3È Õ ®Æ Ë ½Ô °Ö ù ãÁ ° ÷ 1.02 0.148 Ô °Ö ùÍ â 0.85 0.188 0.48 0.25 ÉÁ Î ÷ 0.125 1Ô Â 3È Õ ÈÃ æ± ¯É Ï» òä ÀÃ æ± ¯Ï ³ ÄË ®Æ ½ª Ú ° ãÁ ÷ 0.54 1Ô Â 4È Õ ¾ ×Ð ÎÈ ¡ ÉÁ Î ÷ 0.15 1Ô Â 3È Õ ³ ÄÆ ½¾ ù ÈÃ æ± ¯Ï » òä ÀÃ æ± ¯É ϳ ÄË ®Æ ½ª Ú ° ãÁ ÷ 0.58 1Ô Â 5È Õ Ð Î¬ ²È ¡ ÉÁ Î ÷ ©Ì Ô ÅÈ ¡
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
18
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)
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
2
介绍
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。
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。 介绍。
风路设计方法
自然冷却的风路设计
设计案例
6
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
交流配电单元
监控模块 风道 整流模块
交流配电单元
监控模块 整流模块
进风口
进风口
直流配电单元
直流配电单元
7
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；
hf=λ (L/de)(ρ V2/2)
λ －沿程阻力系数，λ ＝64/Re 管内紊流沿程阻力计算
hf=λ (L/de)(ρ V2/2)
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
垂直夹层 Nu准则方程式 0.197 (Gr.Pr) 1/4(δ /h) 1/9 0.073 (Gr.Pr) 1/3(δ /h) 1/9 水平夹层(热面在 下) 0.059 (Gr.Pr) 0.4 0.212 (Gr.Pr) 1/4 适用范围 6000<(Gr.Pr)<2¬105 2¬105 <(Gr.Pr)<1.1 ¬ 107 1700<(Gr.Pr)<7000 7000<(Gr.Pr)<3.2 ¬107 3.2 ¬107 <(Gr.Pr)
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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 )
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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。
产品的热设计方法
2014-8-21
1
介绍
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，最终导致元件失 效。
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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 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。
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。
海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔
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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＝ξ ρ V2/2
ξ －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：ζ 1＝(1-A1/A2) 按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ 2＝(1-A2/A1) 突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。
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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。
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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。
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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：
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 ： ρ 1V1A1=ρ 1V2A2
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热设计的基础理论
流体动力学基础
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 íà ª æРά ²¼ ©» ÎÖ Ã C¡ ¢ nÖ ³ ¨Í ´ б ß ÷¬ Á Ì C n ¶Ö ² ª½ ƪ Ú¼ ©¶ ²Ö ª° ÔÖ ù ãÁ ° ÷ 0.59 1Ô Â 4È Õ µ ß´ Èh ÉÁ Î ÷ 0.1 1Ô Â 3È Õ ®Æ Ë ½Ô °Ö ù ãÁ ° ÷ 1.02 0.148 Ô °Ö ùÍ â 0.85 0.188 0.48 0.25 ÉÁ Î ÷ 0.125 1Ô Â 3È Õ ÈÃ æ± ¯É Ï» òä ÀÃ æ± ¯Ï ³ ÄË ®Æ ½ª Ú ° ãÁ ÷ 0.54 1Ô Â 4È Õ ¾ ×Ð ÎÈ ¡ ÉÁ Î ÷ 0.15 1Ô Â 3È Õ ³ ÄÆ ½¾ ù ÈÃ æ± ¯Ï » òä ÀÃ æ± ¯É ϳ ÄË ®Æ ½ª Ú ° ãÁ ÷ 0.58 1Ô Â 5È Õ Ð Î¬ ²È ¡ ÉÁ Î ÷ ©Ì Ô ÅÈ ¡
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
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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)
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
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介绍
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。
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。 介绍。