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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 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 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（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 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。 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 Laminar Flow 层流（流体分子的流线 相互平行，互不交叉） Turbulent Flow 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 - 自然对流（空气） 5 W/m2K - 强制对流（空气） 25 W/m2K - 强制对流（水） 15,000 W/m2K - 蒸发 200,000 W/m2K 对流 自然对流 对流 自然对流，散热器