《产品热设计基础》ppt课件

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1、产品热设计基础结构部毕金成主要内容1.概述2.热设计的基础知识3.热电模拟方法4.风扇知识5.热设计的基本原则6.热仿真知识简介7.热设计验证方法主要内容1.概述2.热设计的基础知识3.热电模拟方法4.风扇知识5.热设计的基本原则6.热仿真知识简介7.热设计验证方法为什么要进行热设计电子器件发热功率密度越来越高高温对电子产品的影响：-元器件损坏-绝缘性能退化-材料热老化-低熔点焊缝开裂、焊点脱落高温对元器件的影响：-电阻阻值变化-电容寿命缩短-变压器、扼流圈绝缘材料性能下降-晶体管烧坏为什么要进行热设计热设计就是根据电子元器件的热特性和传热学的原理，采取各种结构措施控制电子设

2、备的工作温度，使其在允许的温度范围之内。(Source:USAirForceAvionicsIntegrityProgram)Figure2:MajorCausesofElectronicsFailures55%温度20%振动6%粉尘19%潮湿Figure1:JunctionLifeStatistics怎么进行热设计理论分析-较少问题可获得分析解-定性分析数值模拟-获得数值解-目前解决复杂传热问题的主要手段测试热设计实施过程产品规格定义和系统设计阶段产品正式开发阶段整机试装阶段初步热设计：散热方式选择、风道设计、指导单板布局详细热设计：详细风道设计、单板关键器件热分析和温度控

3、制、散热器（风扇）的选择和分析热设计验证：解决遗留的、涉及面比较小的散热问题热设计方案判定标准公司的降额规范结温电磁元件的绕组及铁芯最高温度安规要求：机箱表面温度限制等采用的散热方式有较高的可靠性和经济性主要内容1.概述2.热设计基础知识3.热电模拟方法4.风扇知识5.热设计的基本原则6.热仿真知识简介7.热设计验证方法热设计基础知识传热三个途径传导、对流和辐射它们可以单独出现，也可以两种或三种同时出现热传导机理：传导是发生在两种直接接触的介质（固体，液体，气体）传导过程中，能量主要通过以下方式传递:自由电子运动（固体金属）分子晶格振动弹性波（一般固体和液体）分子不规则热运动

4、（气体）热传导导热的基本方程（在一维稳态温度场下）Q＝λF导△t/δ=△t/R导λ----导热系数，W/m.K或W/m.℃;F导---垂直于导热方向的截面积，m2△T----温差，℃;δ--厚度(m)R导-----导热热阻,℃/W；导热系数：表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃。热传导常用材料的导热系数63140386120150220192导热系数(w/m.k)铁黄铜紫铜压铸铝ACD12防锈铝LF21纯铝铝合金6063材料272.10.033701-40.5350.71导热系数(w/m.k)氧化铍空气氮化

5、铝陶瓷导热绝缘材料硅脂三氧化二铝陶瓷云母材料热传导增强热传导的主要措施-选用导热系数较大的材料（金属材料）制造热传导零件；-最大限度地减少接触热阻（适当增大热传导零件间的接触面积和压力，在两接触面间涂导热硅脂或垫入软金属箔等）；-尽量缩短热传导路径，热传导路径中不应有绝热或隔热元件。HeatsinkHeatsource对流对流换热机理：对流换热是发生在有温差的固体表面和运动流体（气体或液体）间的换热过程，对流可以是自然和强迫对流。自然对流是由冷、热流体温度变化引起的流体内部密度差而产生的流动；强迫对流则是由外部方式（泵或风机）造成的流体内压力不同引起的流动。对流对流换热的基本

6、方程Q＝αF对△t=△t/R对α----对流换热系数，W/m2.K或/m2.℃;F对---有效对流换热面积，m2；△T----温差，℃;R对流-----对流热阻,℃/W对流换热系数：反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃。对流LaminarFlow层流（流体分子的流线相互平行，互不交叉）TurbulentFlow湍流（流体分子不规则运动）雷诺数Re(Reynlods)：雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。对流估计的对流换热系数-自然

7、对流（空气）5W/m2K-强制对流（空气）25W/m2K-强制对流（水）15,000W/m2K-蒸发200,000W/m2K对流自然对流optimal对流自然对流，散热器方向gravity对流强制对流风扇特性曲线最佳工作区高流阻低流阻对流表观面积与有效散热面积q=h·A·(Ths-Tair)HeatflowLowefficiencyT_fin=T_air对流影响对流换热的因素-流体的物理性质（流体的导热系数、比热容、密度和动力粘度等）；-换热表面的形状、大小和位置。增强对流换热的主要措施-加大温差，降低