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1、第2章 电子设备用肋片式散热器,2.1 概述,2.2 肋片散热器的传热性能,2.3 肋片散热器设计,2.4 肋片散热器在工程应用中的若干问题,通过肋片的导热,第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热：,为了降低元器件温度可以采取哪些措施?,减小热阻：,a)金属壁一般很薄(很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略,b)增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的,c)增大换热面积 A 也能增加传热量,工程中常用的肋片 等截面肋：矩形肋，圆形肋等（图2-1a、b）变截面肋：梯形肋，三角形肋等（图2-1c、d）,国内目前主要采用的散热器系列 叉指形散热器（GB7423.3-87）,如图2-2；型材散热器
2、（GB7423.2-87）,如图2-3。,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。,在一些换热设备中，加装肋片是增大换热面积的重要手段,肋壁：直肋、环肋；等截面、变截面,2 肋片效率 为了从散热的角度评价加装肋片后换热效果，引进肋片效率,增加的换热面其换热情况不同与基面,2.2 肋片散热器的传热性能,取如图所示的单个等截面矩形肋进行分析。,肋片分析的前提：肋片材料的导热系数为常数；肋片表面的对流换热系数为常数；周围环境温度为常数；肋高l远大于肋厚；肋片内部无热源。,定义肋效率：,在上述分析条件下，通过能量守恒定律及傅立叶导热定律，可以得到肋片效率的计算公式为：
3、,对流换热系数；肋片导热系数U 横截面周长；lc 当量肋高；AC 横截面面积。,工程中肋片散热量的计算步骤：,计算当量肋高,等截面矩形肋,三角形肋,矩形截面环行肋,计算或查肋效率,计算理想情况下的肋片散热量,等截面矩形肋,三角形肋,矩形截面环行肋,肋片实际散热量,图 214,图 215,热阻,2.3 肋片散热器设计,一、加肋有利条件,定义毕渥数,理论推导的加肋有利条件：,等截面矩形肋和三角形肋，实验证实的加肋有利条件：,因此设计肋片时应注意：,为了减小Bi数，肋片材料的导热系数应选得大，肋片厚度以薄为宜；,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）。,二、针肋散热
4、器,空气垂直流过交叉排列圆形和菱形针肋的准则方程,式中Re=ud/，其中u为空气流速，d为针径，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。,针肋的效率：,圆柱形针肋：,矩形针肋：,其中d为圆柱形针肋的直径，U为矩形针肋的横截面周长，A为横截面积，为由上面准则方程得出的肋表面对流换热系数，为肋材料的导热系数。,三、肋片参数的优化,在工程设计中，肋片高度：,过份增加高度，不仅散热量不增加，相反地还将增加肋片重量。,表2-1给出了几种肋片（图2-8）的设计参数值。,设计肋片时，可参考表2-2所列的物理特性参数比较结果来选用材料。,6.4 肋片散热器在工程应用中的若干问
5、题,一、散热器生产、使用的技术要求,一般均选用铝材（或铝型材）作为散热器的材料；,为提高散热器的辐射散热能力，其表面应进行提高表面黑度 的处理，表面颜色可按需要任选；,散热器与功率器件的安装表面应光洁、平整。可加导热膏、导热脂或导热橡胶片等；,散热器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。,三、合理选用散热器，降低散热器热阻,图2-11为安装于散热器上的功率器件等效热路图：,其中：功率器件的内热阻，通常由器 件的制造厂家提供。范围一般 为 0.82.0 K/W。,器件壳体直接向周围环境的换 热热阻，称为器件的外热阻，其值可由表2-5选取。,器件与散热器安装面之间的接触热阻（参照表2-4选取）。,散热器热阻。,由于 远大于其它热阻值，因此总热阻计算式为：,设计要求功率器件的结温应满足：,减小散热器热阻的措施：,合理选用散热器的结构形式 梯形肋热阻三角形肋热阻流线型肋热阻,（2）合理选用散热器型式散热板和散热器散热器：叉指形、型材、扇形（第32页）,散热器表面的处理,（4）合理的安装方式：安装方式：垫片及接触热阻位置,
