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1、2006年第22卷第4期电子机械工程2006.Vol.22No.4Electro-MechanicalEngineering73散热器优化设计崔万新,韩宁,段宝岩,马伯渊(西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071)摘要:采用针肋式散热器对密封电子设备进行自然冷却时,为了获得最佳温度场主要相关参数的取值,运用正交试验的方法,对肋厚、肋长、肋高三要素进行优化设计。结果表明,该方法不仅能够得到参数的最佳组合,而且可以确定其对温度影响的敏感度。关键词:散热器;正交试验;优化设计中图分类号:TN305.94文献标识码:A文章编号:1008-5300(2006)04-0007-0
2、3OptimizedDesignofHeatSinkCUIWan2xin,HANNing,DUANBao2yan,MABo2yuan(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,XidianUniversity,Xi′an710071,China)Abstract:Inordertoobtainoptimaltemperaturefield,themainrelevantparametersoftheheatsinkneedtobedetermined,whenusingpin-fintypeheatsinkinself2cooling
3、techniqueforsealedelectronicequipment.Theorthogonalexperimentapproachofoptimizingthepindepth,pinlength,andpinheightoftheheatsinkwasapplied.Theresultsshowthatthismethodcangetoptimalcombinationoftheseparameters,anddeter2minethesensitivityoftheparameterstotemperature.Keywords:heatsink;orthogona
4、lexperiment;optimizeddesign0引言响系统电气运行的液体中,通过传导和对流将热量直接传给液体,适用于体积功率密度较高的电子元器件电子设备的主要失效形式是热失效。随着温度的或部件,也适用于那些必须在高温环境条件下工作、且[1]增加,其失效率呈指数增长趋势。据研究,电子设元器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件;[2](3)蒸发冷却方法。电子元件耗散的热量将液体备的失效有55%是温度超过规定的值引起的。因此,对电子设备而言,即使是降低1℃也将使设备的失沸腾产生蒸汽而放出热量,适用于体积功率密度很高效率降低一个可观的量值,这对可靠性高的电子系统的元器件或部
5、件;尤为重要[3]。(4)热电制冷方法。由载流子流过半导体节点时势能的变化而引起的能量传递,适用于不需要外界动1密封式电子设备热控制方法力而产生负热阻的制冷技术;(5)热管技术。由于采用了相变传热,因此是一电子设备的热控制,首先从确定元器件或设备的种传热效率很高的导热器件,热管使用时关键是减小冷却方法开始。冷却方法的选择直接影响元器件或设两端接触界面上的热阻。由于环境适应性的要求,一些产品要求小型化、备的组装设计、可靠性、重量和成本等。对于密封式电重量轻、抗高低温、耐湿热和高强度,这就决定了机箱子设备的热控制可采用下面几种方法:为全密封机箱,且散热设计以导热方式为主。由此考(1
6、)自然冷却方法。通过导热、自然对流和辐射虑可确定各设计环节:PCB优化设计、导热板设计和机换热的单独作用或两种以上换热形式的组合进行冷[5]箱外壳散热设计。文中则讨论机箱外壳散热设计却;中的针肋散热器设计和优化。(2)直接液体冷却方法。使电子元件浸没在不影3收稿日期:2006-01-128电子机械工程第22卷定时,减小肋间距,则肋化系数增加,热阻降低,但由于2电子设备散热器的优化设计流体的粘滞作用,肋间距过小将引起换热效果变差;肋高可增加散热面积,但过高会降低刚度。如上所述,我2.1产品描述们取肋厚,代号为A;肋长,代号为B;肋高,代号为C。该产品由发射模块、中间模块和接收模块
7、三部分因子数及水平值如表2所示。组成,每个模块由屏蔽板封闭而独立。散热器与机壳表2正交试验的因子数及水平值同为一体,并用高效散热的铝制成。热设计要求为器件温度最高不超过100℃。项目水平尺寸:164mm×140mm×82.6mm肋厚(mm)肋长(mm)肋高(mm)耗散功率:27.7W水平131408环境温度:30℃±2℃20水平24152重量:﹤3.5kg32水平351642.2计算模型2.4.2结果分析用商品化热分析软件FLOTHERM建立整个计算建立分析问题的表格并模拟计算各个给定条件下
