自然对流散热器热测试

四、 实验步骤
1. 检查实验装置和所用仪器； 2. 将陶瓷发热片与散热器基板接触面间涂导热硅脂，然后用 Kapton 胶带将发
热片紧贴在散热器基板上，要求二者之间紧密接触，不能留有空气间隙； 3. 在散热器上待测温度点上布置热电偶。先在热电偶表面涂覆一层导热硅脂，
然后用 Kapton 胶带将热电偶测温点紧贴在待测点上，要求与待测表面紧密 接触，不能留有空气间隙，最后将热电偶线沿被测表面平贴一段距离（至少 10mm）后引出。要求散热器基板上至少布置 5 个测温点； 4. 将陶瓷发热片的两个电极用导线连接到直流稳压电源上； 5. 将被测散热器悬挂于静止空气中，且散热器肋片顺上下空气自然对流方向； 6. 打开直流稳压电源，调整输出电功率至设定值； 7. 从多路温度巡检仪面板上读取各热电偶温度值，待温度稳定后（5min 内温 度波动小于 0.5℃），记录各点温度值； 8. 改变陶瓷发热片的电功率（至少改变 4 次功率），重复步骤 7～8。
38.2
39.2
41.6
39.3
40.3
45.4
42.5
43.4
51.4
46.9
49.3
53.2
49.3
51.0
测温点 4 t4（℃）
36.9 37.4 38.2 41.6 41.6 48.4
测温点 5 t5（℃）
36.7 37.0 37.6 40.5 45.6 46.9
七、 实验报告要求
1. 绘出各测温点在散热器基板上的位置分布图（图中需标明热电偶编号）；
五、 实验注意事项
1. 必须待温度稳定后，再记录数据。 2. 散热器周围空气自然对流形成的风速不大于 0.5m/s。 3. 测量时减少人员走动，避免对空气的扰动。
六、 实验数据的整理
按下表格式记录实验数据。
编号 材料
散热器结构Байду номын сангаас数记录表（示例）
导热系数
L×W×H
基板厚 肋厚
W/(m·K)
（mm）
(mm) （mm）
tf——冷却介质进口规定点温度，℃；P——散热器耗散功率，W。
散热器流阻（ΔP）是在风道或水路系统中，散热器两端规定点的冷却流体
的压力差，单位为帕(Pa)。流阻在风道中亦称风阻，在水路系统中亦称水阻。散
热器流阻值测量直接由压差计读出。
1. 温度测量
实验所用的是多路热电偶测温巡检仪。其基本原理是热电现象，在由两种不
测量风速的原理参见实验讲义。
3. 风压测量
风洞中风压的测量采用毕托管配合四通道风压风速测量仪进行。将毕托管迎
风口处的风压通过硅胶软管引入风压风速测量仪的输入接口，毕托管侧壁开口悬
空（大气压力），此时在风压风速测量仪显示面板上可直接读出来流静压值。
三、 实验装置及测量仪表
1. 待测散热器（若干）； 2. 陶瓷发热片； 3. 双路直流稳压电源； 4. 多点温度巡检仪；
解：(a) 求肋片表面的对流换热系数
a)
定性温度： tm
=
t
f
+ ts 2
，
特征尺寸：L＝0.123 m
b) 空气的物性参数：
c) 判断竖壁夹层的自然对流
Nu
= 0.073(Gr
Pr
)1/3

H
−1/9
，Gr
= 2.9105
h = Nu l
1.6 107
(b) 求肋片效率
=1 f hAf
基板导热热阻：
Rt
=
A
=
0.0016 140 0.123 0.079
= 1.17 10−3
[℃/W]
散热器散热量为： = t R
环境温度 tf 25
电功率 W） 3.2 6.4 10.7 12.5 16.9 18.5
定性温度 tm 31.00 31.67 32.20 33.84 35.98 37.38
4. 说明散热器基板温度分布是否均匀？是否合理？如何提高散热器效率； 答：散热器基板温度分布均匀; 合理;
1) 基板厚度对肋片的散热效率有很大影响。基板厚度设计成由热源部分 厚而向边缘部分变薄
2) 增加散热面积，减小散热器与器件间的接触热阻 3) 提高导热系数(如更换成铜铝复合或高压铸铝散热器) 4) 采用更多的换热方式(辐射和强迫对流即风扇之类) 5. 实验误差分析； 1) 发热片没有紧贴在散热器基板上，二者之间有空气间隙 2) 没有待温度充分稳定后就记录了数据 3) 环境温度不是恒定，造成的实验误差 4) 测量时由于人员走动以及实验地点非密封，对空气有一定的扰动 5) 来自仪器的实验误差，热电偶的测量误差等 6) 实验数据计算过程中的误差 6. 尝试用讲义中所给散热器公式计算散热器在给定温升条件下的散热量，并 与实验结果进行比较（选做）。铝的导热系数为 140W/(m·K)
当量肋高：
Lc
=
L
+
2
=
0.0345 +
0.0016 2
=
0.0353
[m]
计算 m 数：
m = hU Ac
计算肋效率：
f
= th(mLc ) mLc
散热器肋片总面积：
Af = 14 2(0.123 + 0.0016) 0.0353 = 0.123 [m2 ]
散热器对流热阻：
Rhs
实验二 自然对流散热器热测试
一、 实验目的
1. 掌握自然对流散热器热阻测试方法； 2. 掌握有关测量仪器的使用。
二、 实验原理
散热器热阻是散热器散热能力的度量，其值定义为：在热平衡时，散热器基
板上规定点温度对冷却介质规定点温度之差与散热器耗散功率之比，即：
Rtf
=
ts
−tf P
[℃/W]
式中：Rtf——散热器热阻；ts——散热器基板上规定点温度，℃；
表面对流换热系数 h 4.76 4.89 4.98 5.23 5.51 5.67
散热器热阻 R 1.74 1.69 1.66 1.58 1.51 1.46
附录：
clc clear all load('s2.mat')%S2 为实验数据 s=s2'; ts=mean(s);%求平均值 tf=25; p=[3.2,6.4,10.7,12.5,16.9,18.5]; r=(ts-tf)./p;%实验计算热阻 plot(p,r); hold on tm=(ts+tf)/2; l=0.123;%表面对流换热系数的特征尺寸 lamda=lamda(tm); nu=nu(tm); pr=pr(tm);%调用普朗特数求解函数 beta=1./(273+tm); Gr=beta.*(9.8).*l.^3.*(ts-tf)./(nu.^2);%格拉晓夫数 Nu=0.59.*(Gr.*pr).^(1/4); h=Nu.*lamda./l;%表面对流换热系数 lc=0.0353;%特征尺寸 u=0.2492;%横截周长 Ac=1.968/(10^(4));%横截面积 m=sqrt(h.*u./(140*Ac));%模数 nf=(tanh(m.*lc))./(m.*lc);%肋效率 af=0.123;%总面积 r1=1./(nf.*af.*h);%实际热阻 plot(p,r1); xlabel('功率 P'); ylabel('热阻 R'); legend('数据热阻','理论热阻'); title('自然对流散热器热测试');
肋片数
通道宽度 （mm）
03 防锈铝
140
123 79 39 5.5
1.6
14
0
环境温度 tf（℃）
25
电功率 （W）
3.2 6.4 10.7 12.5 16.9 18.5
实验数据记录表（示例）
测温点 1 测温点 2 测温点 3 t1（℃） t2（℃） t3（℃）
37.6
36.6
37.2
39.9
2. 根据实验数据计算散热器热阻；
由公式
Rtf
=
ts
−t P
f
[℃/W] 计算得出：
环境温度 tf（℃） 电功率 W） 散热器平均温度 ts
3.2
37.00
6.4
38.34
10.7
39.40
25
12.5
42.68
16.9
46.96
18.5
49.76
3. 绘出散热器热阻随加热功率的变化曲线；
散热器热阻 R 3.75 2.08 1.35 1.41 1.30 1.34
同金属材料组成的一个回路中，由于两端的温度不同，就会产生热电势。热电势
的大小可参考教材中相关章节论述。
实验用的热电偶是由直径为 0.35 毫米的 K 型热电偶丝焊接而成。测温时将
焊接点平贴到被测温度处，然后在温度巡检仪面板上读取温度值。
2. 风速测量
实验中采用热线式风速计测量风洞中散热器前方的来流速度。热线式风速计