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电子设备的热设计 信息电子系 电子设备的热设计原则 电子设备的热设计分类 1、按冷却剂与被冷却元件这间的配置关系分：直接冷却，间接冷却 2、按传热激励分：自然冷却、强迫冷却、蒸发冷却和其他冷却方法 电子设备的热设计原则 电子设备（包括发热元器件）的热特性： 发热功率 散热面积 最高允许的工作温度和环境温度 电子设备的热设计原则 元器件（或产品）的环境温度及最高允许温度作为冷却系统中冷却剂出口温度 热设计满足两个条件:把产品的温度限制在某一最大和最小的范围内；尽量使电子设备内各点之间的温差最小 电子设备的热设计原则 保证冷却系统具有良好的冷却功能 对密封电子设备，必须同时考虑内部和外部的两种热设计方案 保证冷却系统工作的可靠性 冷却系统要具有良好的适应性 冷却系统要便于维护，便于测试、修理和更换元件 冷却系统的设计要有良好的经济性 电子设备冷却方法的选择 取决于产品总的热损耗与其集中程度、元器件（或产品）的允许温度以及元器件（或产品）的环境温度 使用较多的方法是根据电子设备的热流密度，表面散热功率系数，或体积发热功率系数来确定。 电子设备冷却方法的选择 表面散热功率系数：在单位面积（所有能参与散热的面积）内，所能散发出去的功率大小 体积发热功率系数：单位体积内发热功率的大小 电子设备冷却方法的选择 传热过程概述 热力学第二定律：热量总是自发地由高温物体传向低温物体 温度差看做是驱动热量传递的动力 分析温度差、传递的热量、热阻 能量守恒原则 举例：功率器件传递过程 导热过程 就固体而言，指热量由固体的高温区域转移到低温区域的过程。 不同固体之间的导热过程只有在它们接触时才有可能发生。 在气体和液体中进行单纯的导热过程时，它们的内部必须没有宏观的相对移动。 导热过程 平壁中进行的导热过程 其中：Q是单位时间内导热传递的热量，称为热流量（W）；δ是平壁的厚度（m）；△t是平壁两侧面的温度差（℃）；F是壁的面积（m2）；λ是比例常数，表征材料的导热性能，称为导热系数。 导热过程 对流换热 指由于流体微团改变空间位置所引起的流体和固体壁面之间的热量传递过程 对流换热 将上式改写成： 辐射换热 温度不同的两个（或两个以上）物体之间相互进行的热辐射和吸收所形成的换热过程 当物体的温度大于绝对零度时，物体恒向外辐射热能，在单位时间内物体的单位面积向外辐射的能量，即辐射力为： 辐射换热 两物体间的辐射换热量为： 导热和对流仅发生在冷、热物体接触时 辐射能在真空中也能传播 传热过程 指热流体通过固体壁（将冷、热流体隔开的壁）将热量传给冷流体的过程 举例：平板散热器，厚度为δ，面积为F，对流换热系数α1，热源温度为tf1，温度较低的流体温度为tf2 （能量守恒） 传热过程 传热过程 * * 自然冷却 强迫冷却 直接液冷 蒸发冷却 冷却方法选择体 自然冷却 金属导热 强迫冷却 直接液冷 蒸发冷却 将上式改写为 ：热阻 将上式变形 其中：Q是对流换热量（W）； tw和tf是壁面和流体的平均温度（ ℃ ）； F是换热面积（m2）； α是平均对流换热系数（W/m2·℃） 对流换热的热组为：