热设计-电子科技大学 PPT
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《电子热设计》课件
总结与展望
总结课程内容，展望未来的学习和应用方向。
学习资源推荐
推荐相关的学习资源和进一步的学习路径。
介绍各种用于热管理的工具和策略。
3 热管理的实践案例
分享一些成功的热管理实践案例。
热设计实践
1
热设计的流程
详细说明进行热设计的步骤和流程。
热设计的注意事项
2
提供一些在热设计过程中需要注意的
关键点。
3
热设计的实例分析
通过实际案例分析，展示热设计的关键知识和技能。
探讨计算热传导的数学 公式和方法。
3 热传导方程
讲解热传导方程的推导 和应用。
热辐射基础
1 热辐射定义
了解热辐射的基本概念和特性。
2 热辐射功率密度
介绍热辐射功率密度的计算和应用。
3 热辐射强度
讨论热辐射强度对电子热设计的影响。
热管理
1 热管理的重要性
解释为什么热管理在电子设备设计中非常关键。
2 热管理的工具和策略
电子热设计
通过本课程，你将学习电子热设计的背景、基础知识和实践案例，以及热传 导和热辐射的重要性和应用。
课程简介
背景介绍
了解电子热设计的背景和涉及的领域。
学习内容概述
概述本课程涵盖的知识和技能。
课程目的
明确本课程的目标和意义。
热传导基础
1 热传导定义
介绍热能在固体、液体 和气体中的传导原理。
2 热传导公式
电子设备热控制技术西安电子科技大学五星-PPT精品
(w)
hc1 k t f1
tw2
hc2 tf2
肋
tw1
A2
壁
A1
传 热
t f1
tw1
tw2
tf2
tf 1tf 2 hc11A1kA1hc21A2
肋效率：
thml
ml
热阻
导热热阻 对流热阻 辐射热阻 接触传热
Rt k A (CW )
Rt hc 1A (CW)
R 1
t222kacbm 1sinm m2 (db)
t322ka 2m d 1n 1m sn i[n n m (d (cb ))s2 im (n n a (c b ))2]
2a--热源宽度，2b--窄条宽度，l--窄条长度 2d—窄条热源长度，2c—短条长度
辐射换热的基本定律
普朗克定律
四次方定律
基尔霍夫定律 实际物体的辐射和吸收
黑体的辐射
角系数
交叉线法
交叉线之 不 和交叉线之
F12
2表面 1断面的长度
有效辐射
Er1
E1
1
( 1
1
1)r1
平行平板间的辐射换热
12 5.67 xA t[1 (T 10 )4 0(1 T 20 )4]0
减小接触热阻的方法
在接触表面涂一薄层导热脂（膏） 加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料
提高界面间的接触压力 20N0 cm 2
加低熔点合金（铟合金）
导热的数值分析
有限差分法 有限元素法
有限差分法求解步骤
（1）构成差分格式
（2）讨论与该差分格式对应的线形代数方程 解的唯一性 （3）求解代数方程组，得到区域内的温度分布
《热设计讲座》课件
总结不同热设计方案的效果和 优劣，为我们提供借鉴。
热设计对可持续发展的 影响
探索热设计对环境可持续性和 能源节约Βιβλιοθήκη 影响。6. 热设计未来趋势
热设计未来趋势的展望
展望热设计在未来的发展方向和趋势。
热设计未来趋势的挑战
探讨热设计在面临的挑战和解决方案。
7. 总结
1 热设计的重要性
总结热设计在工程领域 中的重要性和应用。
2 热设计的发展趋势 3 热设计的未来展望
回顾热设计的发展历程， 探索未来可能的发展方 向。
展望热设计在未来科技 和创新领域的潜力和可 能性。
4. 热设计技术
1
热设计技术的种类
介绍不同类型的热设计技术，如热交
热设计技术的选择标准
2
换、热保护等。
了解在选择热设计技术时需要考虑的
关键因素。
3
热设计技术的创新
探讨当前热设计技术的创新趋势和未 来发展。
5. 热设计实例分析
热设计实例分析的方法
通过案例分析，了解热设计在 现实世界中的应用方法。
热设计实例分析的结果
《热设计讲座》PPT课件
欢迎参加《热设计讲座》！本课件将介绍热设计的概述、基本原理、应用、 技术、实例分析、未来趋势以及总结。让我们一起探索热设计的奥秘。
1. 热设计概述
热设计的定义
了解热设计的概念和作用，以及在现实生活 中的应用。
热设计的背景
探索热设计的历史和发展背景，为我们后续 的学习奠定基础。
2. 热设计的基本原理
热传导原理
深入了解热能是如何通过物 质中的分子传导的。
热辐射原理
探索热能是如何以电磁辐射 的形式传播的。
热对流原理
理解热能是如何通过流体的 对流传输的。
热设计对可持续发展的 影响
探索热设计对环境可持续性和 能源节约Βιβλιοθήκη 影响。6. 热设计未来趋势
热设计未来趋势的展望
展望热设计在未来的发展方向和趋势。
热设计未来趋势的挑战
探讨热设计在面临的挑战和解决方案。
7. 总结
1 热设计的重要性
总结热设计在工程领域 中的重要性和应用。
2 热设计的发展趋势 3 热设计的未来展望
回顾热设计的发展历程， 探索未来可能的发展方 向。
展望热设计在未来科技 和创新领域的潜力和可 能性。
4. 热设计技术
1
热设计技术的种类
介绍不同类型的热设计技术，如热交
热设计技术的选择标准
2
换、热保护等。
了解在选择热设计技术时需要考虑的
关键因素。
3
热设计技术的创新
探讨当前热设计技术的创新趋势和未 来发展。
5. 热设计实例分析
热设计实例分析的方法
通过案例分析，了解热设计在 现实世界中的应用方法。
热设计实例分析的结果
《热设计讲座》PPT课件
欢迎参加《热设计讲座》！本课件将介绍热设计的概述、基本原理、应用、 技术、实例分析、未来趋势以及总结。让我们一起探索热设计的奥秘。
1. 热设计概述
热设计的定义
了解热设计的概念和作用，以及在现实生活 中的应用。
热设计的背景
探索热设计的历史和发展背景，为我们后续 的学习奠定基础。
2. 热设计的基本原理
热传导原理
深入了解热能是如何通过物 质中的分子传导的。
热辐射原理
探索热能是如何以电磁辐射 的形式传播的。
热对流原理
理解热能是如何通过流体的 对流传输的。
最全的热设计基础知识及flotherm热仿真ppt课件
方米面积传递的热量，单位为瓦/米·
度（W/m·
K,此
处的K可用°C代替）。它是表征材料导热能力优劣
的物性参数。在30 °C时，空气的导热系数为
0.027 W/m·°C ，因此可以利用空气夹层来绝热，
通常把导热系数小于0.23 W/m·°C 的材料称为
绝热材料。
热传导
热传导
定义热流密度：
Q
q
A
W/m2
10
万
小
时
）
图2：电子产品故障主要原因
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
20%振动
55%温度
6%粉尘
19%潮湿
(Source : GEC Research)
资料来源：GEC研究院
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。
格拉晓夫数：Gr
L3V g T
2
浮升力
粘性力
它反映自然对流程度的特征数。 当格拉晓夫数相当大，
约 Gr>10E9 时，自然对流边界层就会失去稳定而从层
流状态转变为紊流状态 。所以格拉晓夫数Gr在自然对
流过程中的作用相当于雷诺数 Re 在受迫对流过程中的
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。
电子设备冷却方法的选择
电子设备中常用的冷却方法能够达到的对流换热系数及表面热流密度值
如下表所示：
度（W/m·
K,此
处的K可用°C代替）。它是表征材料导热能力优劣
的物性参数。在30 °C时，空气的导热系数为
0.027 W/m·°C ，因此可以利用空气夹层来绝热，
通常把导热系数小于0.23 W/m·°C 的材料称为
绝热材料。
热传导
热传导
定义热流密度：
Q
q
A
W/m2
10
万
小
时
）
图2：电子产品故障主要原因
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
20%振动
55%温度
6%粉尘
19%潮湿
(Source : GEC Research)
资料来源：GEC研究院
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。
格拉晓夫数：Gr
L3V g T
2
浮升力
粘性力
它反映自然对流程度的特征数。 当格拉晓夫数相当大，
约 Gr>10E9 时，自然对流边界层就会失去稳定而从层
流状态转变为紊流状态 。所以格拉晓夫数Gr在自然对
流过程中的作用相当于雷诺数 Re 在受迫对流过程中的
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。
电子设备冷却方法的选择
电子设备中常用的冷却方法能够达到的对流换热系数及表面热流密度值
如下表所示：
电子产品热设计与工程案例分析PPT课件
解决热阻的办法，两方面入手： ➢ 控制电子元器件的内热阻 ➢ 控制电子元器件或整机设备的外热阻。
1.2 热源与热阻
热阻定义：Biblioteka RtT Q( K/W)
外热阻的控制方式： （1）散热
利用空气或液体作为冷却介质，靠自然对流或强制对流方式，带走耗热。 （2）制冷
利用热电冷却、固体升华过程吸热、液氮蒸发过程吸热等方式进行制冷，使设备工作环境温度低于 周围环境温度。 （3）恒温
图中Eb1和Eb2分别代表同温度下的表面1和表面2的黑体辐射力；J1和J2分别为表面1和表面2的有效辐射。
应用例：芯片封装
热阻的电网络模拟 从晶片传到外壳经过5个环节 • 晶片的热阻； • 晶片粘接剂（导热胶）热阻 • 基底(substrate)的热阻 • 基底粘接剂（焊锡）热阻 • 封装(package)的热阻
• 定义3——利用热传递特性，针对耗热对象，采用合适的结构设计和冷却技术，对其温升进行控制， 保证其正常、可靠工作。
1.1 准确认识热设计
➢ 热设计分科界定
（1）热设计（热结构） 在所处环境下，合理设计热传递结构、冷却方法，保障设备内所有元器件不超过最高允
许温度。
（2）热分析（热模拟） 利用数理模型，或通过计算机模拟，在设计阶段获得温度分布，预先发现产品的热缺陷，
自然对流
Nu c(GrPr)n
强迫对流
Rt
1
A
Nu cRemPrn
几个准则数的计算公式及物理意义：
努塞尔数： 雷诺数：
普朗特数： 格拉晓夫数：
Nu
L
对流换热 导热
Re
uL
惯性力 粘性力
Pr
cp
动量扩散 热量扩散
Gr
1.2 热源与热阻
热阻定义：Biblioteka RtT Q( K/W)
外热阻的控制方式： （1）散热
利用空气或液体作为冷却介质，靠自然对流或强制对流方式，带走耗热。 （2）制冷
利用热电冷却、固体升华过程吸热、液氮蒸发过程吸热等方式进行制冷，使设备工作环境温度低于 周围环境温度。 （3）恒温
图中Eb1和Eb2分别代表同温度下的表面1和表面2的黑体辐射力；J1和J2分别为表面1和表面2的有效辐射。
应用例：芯片封装
热阻的电网络模拟 从晶片传到外壳经过5个环节 • 晶片的热阻； • 晶片粘接剂（导热胶）热阻 • 基底(substrate)的热阻 • 基底粘接剂（焊锡）热阻 • 封装(package)的热阻
• 定义3——利用热传递特性，针对耗热对象，采用合适的结构设计和冷却技术，对其温升进行控制， 保证其正常、可靠工作。
1.1 准确认识热设计
➢ 热设计分科界定
（1）热设计（热结构） 在所处环境下，合理设计热传递结构、冷却方法，保障设备内所有元器件不超过最高允
许温度。
（2）热分析（热模拟） 利用数理模型，或通过计算机模拟，在设计阶段获得温度分布，预先发现产品的热缺陷，
自然对流
Nu c(GrPr)n
强迫对流
Rt
1
A
Nu cRemPrn
几个准则数的计算公式及物理意义：
努塞尔数： 雷诺数：
普朗特数： 格拉晓夫数：
Nu
L
对流换热 导热
Re
uL
惯性力 粘性力
Pr
cp
动量扩散 热量扩散
Gr
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。
科技大学热设计培训讲义
热面朝下或冷面朝上的水平壁 层流
0.58 1月5日 形状取面积与周长之比，105-1011
紊流
园盘取0.9d
12
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△t δ3)/υ3<2000时，通过夹层的热量可按纯导热过程计算。
7000<(Gr.Pr)<3.2 ×107
3.2 ×107<(Gr.Pr)
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。
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。
4
风路设计方法
❖ 自然冷却的风路设计
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5
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。 6
风路设计方法
强迫冷却的风路设计 典型结构
10
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
交流配电单元
交流配电单元
直流配电单元
直流配电单元
11
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-抽风方式
交流配电单元
交流配电单元
直流配电单元
直流配电单元
12
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 íà ± æÐ Î× ´¼ °» ÎÖ Ã C¡ ¢定型尺寸按及指数按下表选取 nÖ µ ¨Í ¶ г ß´ ç ÊÓ Ã· ¶Î § Gr.Pr
¹Ö ´ ±½ Ʊ Ú¼ °¹ ´Ö ±² ÔÖ ù ®Æ Ë ½Ô ²Ö ù Á¬ ÷ Ì ãÁ ² ÷ ÉÁ Î ÷ ãÁ ² ÷ C 0.59 0.1 1.02 0.85 0.48 0.125 0.54 0.15 0.58 n 1Ô Â 4È Õ ¸ ߶ Èh 1Ô Â 3È Õ 0.148 Ô ²Ö ùÍ â 0.188 0.25 1Ô Â 3È Õ 1Ô Â 4È Õ ¾ ØÐ ÎÈ ¡ 1Ô Â 3È Õ µ ÄÆ ½¾ ù 1Ô Â 5È Õ Ð Î× ´È ¡ °Ì Ô ÅÈ ¡ 104-109 109-1013 ¶D ¾ 10-2-102 102-104 104-107 107-1012 ½¸ Á ö± ß³ ¤ 2¡ Á 104-8¡ Á 106 µ£ Ö ¬· ǹ æÔ ò 8¡ Á 108-1011 æ» Ã ýÓ ëÖ Ü³ ¤® Ö± È£ ¬105-1011 0.9d
风路设计方法
自然冷却的风路设计 设计案例
7
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
8
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 9
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。
14
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 Nu 准则方程式 适用范围 垂直夹层 0.197 (G .P ) (δ /h) 6000<(G .P )<2×10 均温度Tm=(t w1+tw2 )
你们好
产品的热设计方法
2019/5/14
2
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
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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 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△t δ 3)/υ 3<2000时，通过夹层的热量可按纯导 热过程计算。
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。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。 4