肋片式散热器的设计

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1、第四章肋片式散热器1.肋片散热器的类型2.肋片散热器的传热性能3.散热器肋片的设计4.肋片散热器在工程应用中的若干问题5.散热器的设计方法82肋片式散热器1）、概述肋片式散热器具是各类电子设备排散热量不可缺少的装置。如功率晶体管、可控硅、集成器件、整流器、微波器件等到各种具有功率耗散的设备均需要安装肋片式散热器。其作用是："保证电子元器件电性能工作参数的稳定性"保证电子元器件有足够的功率输出2）、肋基本上可分为两种："等截面肋，如矩形肋、圆形肋等"变截面肋，如梯形肋、三角形肋等831肋片式散热器3）、国内止前主要采用的散热

2、器系列："叉指形散热器（GB7423.3-87）；"型材散热器（GB7423.2-87）。叉指形散热器适合于中、小功率器件的散热；型材散热器适合于中功率器件的散热。84肋片式散热器4）、肋片式散热器的传热性能取如图所示的单个等截面矩形肋进行分析。"肋片材料的导热系数λ为常数；"肋片表面的对流换热系数α为常数；"周围环境温度为常数；"肋高l远大于肋厚δ；"肋片内部无热源。肋片实际散热量Q=＝定义肋效率：f按肋片基部温度计算的散热量Q0对于等截面矩形肋，其理想散热量为：在上述分析条件下，通过能量守恒定律及傅立叶导热定律，可以得

3、到肋片效率的计算公式为：α——对流换热系数；Uλ——肋片导热系数上述分析也适用th(ml)=cm=U——横截面周长；于直径为d的针肋。fAmlclc——当量肋高；85cAC——横截面面积。2肋片式散热器4）、肋片式散热器的传热性能（续）各种形式肋片的效率，可根据肋片的各有关参数，从下图查得。86肋片式散热器4）、肋片式散热器的传热性能（续）例题：873肋片式散热器5）、工程中肋片散热量的计算步骤:a、计算结构参数（当量肋高）：等截面矩形：l’＝l＋δ／２；Ａ＝l’δ；m三角形肋：l’＝l；Ａ＝l’δ／２m矩形截面环形肋：l

4、＝r－r2１l’＝l+δ／２r’＝r＋l’21Ａ＝δ（r’－r）m2１b、计算肋效率或通过性能参数查取效率：th(mlc)䅵ㅫ⊩˖f=mlcd、肋片实际散热量：通过计算性能参数l’3/2[a／（lA）]ˈᶹপᬜ⥛DŽmＱ＝Ｑ．h０fc、计算理想情况下的肋片散热量：等截面矩形肋：Ｑ＝aＵl’（t-t）０0f三角形肋：Ｑ＝aＵl’（t-t）０0f矩形截面环形肋：Ｑ＝a．２p（r’2-r2）０21（t-t）880f肋片式散热器的设计6）、肋片起增强散热的条件2肋片内部导热热阻定义毕渥数：Bi==外表面对流热阻Ｂi〈１作为肋片起

5、增强散热的判剧。实验证实，对于等截面矩形肋和三角形肋，肋片起增强散热的条件为：Bi≤0.25因此，在进行肋片设计时，应注意：为了使Ｂi数小，肋片材料的导热系数应选得大，肋片的厚度以薄为宜；为了使Ｂi数小，散热肋片应置于表面传热系数较小的一侧（一般宜放在空气侧）。894肋片式散热器的设计7）、肋片参数的优化a、肋片高度的设计等截面矩形肋的散热为：或写为：其关系曲线如下：可见，当ml≈３时，肋片的散热量达到最大值。这一关系说明，在工程设计中，肋片高度l≤３／m是必要的。过份增加高度，不仅散热量不增加，相反地还将增加肋片的生量，

6、造成材料的浪费。90肋片式散热器的设计7）、肋片参数的优化b、几种肋片的设计参数值915肋片式散热器的设计7）、肋片参数的优化c、散热材料进行肋片设计时，可参考下表所列的物理特性参数比较结果来选用材料。从重量考虑应使用密度r小的材料；从提高效率考虑，应使用导热系数l高的材料。这样r／l较小的材料将优先使用。92在航天器辐射器中，常选用铝材或铝镁合金，而不是铜材。肋片式散热器的设计8）、针肋散热器及其它断面肋针肋之间冷却剂通道增加了湍流，也增加了表面积，可获得相当好的传热性能。空气垂直流过交叉排列圆形针肋的准则方程：Nu=1

7、.4Re0.28Pr1/3式中udn，其中为空气流速，为针径，n为空气运动粘度。定性温度取针状散热器表面平均温度与环境空气温度的算术平均。936肋片式散热器的设计9）、肋片散热器在工程应用中的若干问题a、散热器生产、使用的技术要求:"一般均选用铝材（或铝板材）作为散热器的材料，其材料成份应符合有关标准的要求。"考虑到散热器在自然冷却状态下的辐射散热，其表面应进行提高表面黑度的处理，其颜色可按需要任选。"散热器与功率器件的安装表面应光洁、平整。为降低接触热阻以及电绝缘的要求，通常在安装表面之间垫有垫层，如导热膏、导热脂或导热

8、橡胶片等。"为保证散热器的安全使用，器件与安装面之间不应出现跳火、击穿等迹象，其电绝缘性、耐热性和耐湿性应按有关标准进行检测。"散热器应按有关标准进行测试，其热阻值不应超过许用偏差范围。94肋片式散热器的设计9）、肋片散热器在工程应用中的若干问题b、减少电子器件与散热器的接触热阻:957肋片式散热器的设