10 散熱器 111
10.1 散熱器各個(gè)方面111
10.1.1 翅片高度 111
10.1.2 自然對流情況下翅片優(yōu)化 112
10.1.3 強(qiáng)迫對流情況下散熱器 112
10.2 Flotherm中散熱器建模113
10.2.1 詳細(xì)散熱器模型 113
10.2.2 簡化散熱器模型 113
10.2.3 風(fēng)扇＋散熱器 113
10.3 小型散熱器實(shí)驗(yàn)研究114
10 散熱器
10.1 散熱器各個(gè)方面
10.1.1 翅片高度
來源：M. Wutz: Warmeabfuhr in der Elektronik. Vieweg Verlag (1991)
出于經(jīng)濟(jì)性的考慮翅片高度不應(yīng)該太高，也就是所謂的翅片效率：
當(dāng) m*H=0.5時(shí)， ηfin＝90％。如果再增加翅片高度，翅片效率將緩慢的趨向于1。
10.1.2 自然對流情況下翅片優(yōu)化
來源：R.E. Simons, “Estimating natural convection heat transfer for arrays of parallel flat plates”, Electronics Cooling Magazine 8 (1) (2002)
我們必須對翅片高度進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，否則在大量浪費(fèi)材料同時(shí)也沒有很好的散熱溫度。翅片的間距很重要，如果翅片間距太大則相應(yīng)的表面積較小，如果翅片間距太小則氣流的阻力比較大。如果翅片長度比較大，則翅片間距不能太小。
在自然對流、翅片和空氣溫差為10K（虛線），50K（實(shí)線）情況下，最優(yōu)化翅片間距和翅片長度的關(guān)系
從上圖中可以看出，通常最優(yōu)化的翅片間距為 。
10.1.3 強(qiáng)迫對流情況下散熱器
來源：R.E. Simons, „Estimating Parallel plate-fin heat sink thermal resistance“. Electronics Cooling Magazine 9 (2) (2003)
下圖是對于一個(gè)長寬高分別為 IGBT元件，在不同風(fēng)速下其散熱器熱阻隨翅片數(shù)和翅片間流速的變化。對于強(qiáng)迫對流的散熱器，最終還是要有足夠的風(fēng)量，相對而言散熱器的翅片間距不是特別重要。
10.2 Flotherm中散熱器建模
10.2.1 詳細(xì)散熱器模型
可以使用Flotherm中的Heat Sink元件方便的構(gòu)建詳細(xì)的散熱器模型。建議翅片間的網(wǎng)格數(shù)為3～5。
另外也可以通過訪問制造商的網(wǎng)站獲取相關(guān)的模型。
10.2.2 簡化散熱器模型
簡化散熱器模型采用一個(gè)體積阻尼和熱交換系數(shù)來替代翅片所占據(jù)的空間。因此所采用的網(wǎng)格數(shù)量相對較少。這個(gè)模型假設(shè)處于充分發(fā)展湍流流動(dòng)。但是這個(gè)模型不適用于圓柱形翅片（Pin fin）和塑料材質(zhì)的散熱器。
建議：可以使用詳細(xì)模型的計(jì)算結(jié)果來驗(yàn)證簡化散熱器模型的計(jì)算結(jié)果。
更詳細(xì)的信息可以參閱：flotherm.com -> User Support -> April 5th 2000
10.2.3 風(fēng)扇＋散熱器
下圖為搭載了一個(gè)或兩個(gè)風(fēng)扇的散熱器。它們是常用的功率器件散熱器。為了使空氣流動(dòng)更均勻，在散熱器入口處需要一個(gè)壓力平衡腔。
左圖： 2000W高熱功耗的功率器件。藍(lán)色的盒子是壓力平衡腔。右圖：是散熱器仿真結(jié)果在Z方向上一半處的溫度截面圖
為了精確的計(jì)算空氣流過散熱器的壓力降，在散熱器翅片間必須有4～5個(gè)網(wǎng)格。
兩種散熱器的實(shí)驗(yàn)（彩色記號）結(jié)果和Flotherm仿真結(jié)果（黑色記號）
10.3 小型散熱器實(shí)驗(yàn)研究
來源：T. König, M. Meier „IR Thermographie von Kuhlkorpern“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2007)
為了確定散熱器隨熱功耗變化的熱阻特性，我們采用了紅外攝像儀。分別測量水平安裝和垂直安裝的散熱器。
實(shí)驗(yàn)設(shè)置從左至右：電源、散熱器、紅外攝像儀、筆記本電腦
測試以下散熱器：
SK 114 50 SA 長：50 mm
SK 481 50 SA 長：50 mm
SK 514 50 SA 長：50 mm
SK 459 50 SA 長：50 mm
SK 129 50，8 STS 長：50，8mm
ICK S 50X50X20
測試結(jié)果和Data Sheet上數(shù)據(jù)能夠很好的吻合。
特別注意SK514散熱器，其翅片上還進(jìn)行了加工。在所有的安裝形式中（垂直、水平、PCB板），可以發(fā)現(xiàn)表面不進(jìn)行褶皺處理的散熱器效果并不差。表面不進(jìn)行褶皺處理散熱器大約可以節(jié)省30％的材料費(fèi)用。
Fischer SK514（50mm）側(cè)面圖和有褶皺（方塊）與無褶皺（菱形）在水平放置情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過程中涉及的物理學(xué)原理.pdf
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