散热器大小尺寸的计算设计要满足相应的散热要求 |
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对于没有太多热设计经验的人来说,散热器尺寸的计算可能是显得比较麻烦。有不少商业软件,输入你的要求,便可以帮你设计合理的散热器,以满足相应的散热要求。如果无法使用该类型的散热器设计软件,则可以使用数学公式,来进行一些快速计算,在满足热源所需温度的前提下,以设计得到合理的散热器大小尺寸。 第一步:散热器设计假定 通过做一些简化假设,可以手动或使用电子表格进行散热器的分析设计。设定热源的温度要求,将计算出散热器的尺寸要求。
图1 板翅散热器的几何尺寸 图1为一个典型的板翅散热器几何示意图。这种散热器通常用来冷却LED灯具、Mos管等等。对于这样一个散热器而言,需要确定6个数值。为了减少计算的复杂性,需要做以下假定: 1、翅片厚度t、基板厚度b导致的面积比散热器整体的面积小很多; 2、散热器的导热率足够大,以至于散热器表面的温升比较均匀,与热源的温度近似相等; 3、散热器的长宽与热源相同,并且散热器安装与热源的中心位置; 4、热源与散热器基本紧密接触。 上述假定将对散热器的计算产生一些误差. 但是,进行此类计算,主要是为了粗略计算散热器的尺寸大小,然后再使用更加复杂的计算方法、或者软件来改进散热器的设计。所以,假定引起的误差可以忽略。 如图1所示,本案例分析的散热器,处于自然对流和辐射换热的工况下,其板翅翅片垂直放置。 自然对流计算 散热器尺寸的限制,首先必须考虑散热器的深度L和高度H,其次在L和H的基础上,可以对散热器的宽度W, 散热器翅片的间隙s,散热器翅片的个数N 进行计算。自然对流换热量Qc1,主要是从散热器的表面 A1散发的热量,如图2所示。这部分热量通过下式来控制:
(1)这里: 是热源的温度, 是环境的空气温度
(2) 面积A1对应的对流换热系数 h1 可以使用公式3来计算。这个公式适合于自然对流垂直表面的工况。面积A1包含散热器水平面的小尺寸面积。对于自然对流而言,水平面和垂直面的换热差异不是很明显,当然,水平面的换热能力相对弱小一些。因此,将公式式3应用于整个散热器区域不会带来很大的误差,可以是的计算简化。
(3) 接下来需要计算散热器面积A2 带走的散热量Qc2 ,A2面积如图2所示。
(4) 对于自然对流而言,翅片之间的最佳间隙sopt (可以带走的最大换热量)可以通过公式5来计算. 通过公式5计算出最佳的翅片间隙,可以使翅片的内表面积和对流换热系数的乘积最大。
(5) 这里: g是重力加速度; 是空气的膨胀系数,
(6) 是空气在Tavg时候的热扩散系数;是空气在Tavg时候的运动粘度。 翅片之间的对流换热系数可以使用公式7来计算:
(7) 这里k是空气在在Tavg时候的导热率。
图2. 用于计算散热器热量耗散的面积 由于自然对流从面积 A2 区域散发的散热量 Qc2可以使用公式8来计算:
(8) 对流换热系数h2是翅片间垂直面的换热系数;这个对流系数包括在面积A2中的小尺寸水平面以及散热器外部的小垂直面。 第二步:辐射换热计算 对于散热器自然冷却而言,辐射换热所占的比重是非常明显的。因此自然冷却热计算,必须考虑散热器尺寸。与散热器计算自然对流一样,用公式9可以计算了A1区的辐射散热Qr1。
(9) 是散热器表面的发射率;通常散热器表面阳极氧化发射率为0.85左右;σ是Stefan-Boltzmann常数,为5.67×10-8 W/m2K4;散热器A2表面积的辐射换热量可以通过公式10来计算。
(10) 对区域A2的精确辐射散热计算相当复杂;使用Ar2,能得到合理精确的计算结果,此表面称为表观辐射表面积。表观辐射表面积是一个虚拟区域,它覆盖热沉的外壳,包括图2所示的A2区域。Ar2 表观辐射表面积可以通过公式11来计算:
(11) 第三步:散热器尺寸计算 最后一步是计算散热器在温度Ts 散热量所对应的翅片个数N。利用已知的翅片数,就可以计算出散热片的宽度。根据能量守恒定律,在稳态条件下,热源Q所产生的热量必须等于散热器所散发的热量。可以通过公式12进行表示:
(12) 公式12中的符号⌈ ⌉是将整数四舍五入到最近整数的数学表示法,因为翅片的个数必须是整数。公式13用于确定散热器的宽度。
(13) 上述的这些计算为优化散热器的尺寸提供了一些指导。如果你想把散热器的体积降到最小,那么长度应该尽可能小一点。这将使散热器的散热量最大化,从而降低热源的温度。 声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉 电子 电子 +关注关注 32文章 1774浏览量 88770 散热器 散热器 +关注关注 2文章 1040浏览量 37061原文标题:这13个数学公式,3步搞定自然冷却散热器尺寸 文章出处:【微信号:sim_ol,微信公众号:模拟在线】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。 收藏 人收藏扫一扫,分享给好友 复制链接分享 评论发布评论请先 登录 相关推荐 热管散热器是如何散热的#热管散热器 #科普 散热器 学习电子知识 发布于 :2023年07月03日 20:29:38 IGBT模块散热器的应用 ) 和短路耐量之间的折衷关系,建议将栅极电压选为 +VGE=14~15V,-VGE=5~10V,要确保在模块的驱动端子上的驱动电压和波形达到驱动要求; 栅极电阻Rg与IGBT散热器的开通和关断特性 发表于 06-19 11:20 IGBT模块散热器的安装 IGBT模块散热器的安装 ① 散热器应根据使用环境及模块参数进行匹配选择,以保证模块工作时对散热器的要求。 ② 散热器表面的光洁度应小 发表于 06-19 11:40 IGBT模块散热器选择及使用原则 散热器应综合考虑散热器的散热能力范围、冷却方式、技术参数和结构特点,一种器件仅从技术参数看,可能有两、三种散热器均能满足要求,但应结合冷却、 发表于 06-20 14:33 IGBT水冷散热器的安装与使用 压力均匀分布在整个接触区域。用户手工安装时,建议使用扭矩扳手,对所有紧固螺母交替均匀用力,压力的大小要达到数据表中的要求。 4. 在重复使用IGBT模块水冷散热器时,应特别注意检查其 发表于 06-20 14:50 IGBT模块散热器的应用 IGBT模块散热器的应用 随着电力电子技术的快速发展,以及当前电子设备对高性能、高可靠性、大功率元器件的要求不断提高,单位体积内的热耗散程度越来越高,导致发热量和温度急剧上升。由于热驱动 发表于 06-20 14:58 选择CPU散热器常见的五大误区盘点 CPU散热器选择误区一:越大的风扇就越好? 不同散热器有不同尺寸的风扇,多样化的产品为用户提供了更为丰富的选择,而大尺寸的风扇不仅在视觉上更有冲击力,在一般人的印象中大 发表于 11-30 17:21 三端集成稳压器的散热器设计计算 三端集成稳压器的散热器设计计算 发表于 08-13 17:45 •1246次阅读 散热器散散热方式 散热器散散热方式 发表于 12-26 14:21 •1033次阅读 散热器风量 散热器风量 风量是指风冷散热器风扇每分钟送出或吸入的空气总体积,如果按立方英尺来计算,单位就是CFM;如果按立方米来算,就 发表于 12-26 14:25 •1376次阅读 散热器 散热器 计算机部件中大量使用集成电路。众所周知,高 发表于 12-26 14:36 •657次阅读 led散热器计算软件 电子发烧友网站提供《led散热器计算软件.rar》资料免费下载 发表于 07-18 13:44 •41次下载 CPU散热器的作用_CPU散热器的选择 CPU在工作的时候会产生大量的热,如果不将这些热量及时散发出去,轻则导致死机,重则可能将CPU烧毁,CPU散热器就是用来为CPU散热的。 散热器对CPU的稳定运行起着决定性的作用,组装电脑时选购一款好的 发表于 04-27 10:20 •2625次阅读 DN216-多相表面贴装电源满足AMD Athlon处理器要求,无散热器 DN216-多相表面贴装电源满足AMD Athlon处理器要求,无散热器 发表于 04-25 10:27 •1次下载 一文详解散热器 散热器是用来传导、释放热量的一系列装置的统称。根据其应用领域和用途,散热器主要分为采暖散热器和计算机散热器两大类。采暖 发表于 06-09 14:17 •344次阅读 |
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