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热设计目录热设计的基的基础概念概念传导、对流、流、辐射射散散热方式的方式的选择123自然自然对流散流散热和和强制制对流散流散热4FLOTHERM简介介5电子设备的发展趋势1.1.1.1.热耗上升化热耗上升化热耗上升化热耗上升化2.2.2.2.设备小巧化设备小巧化设备小巧化设备小巧化3.3.3.3.环境多样化环境多样化环境多样化环境多样化过热-电子产品故障的首要原因(Source:US Air Force Avionics Integrity Program)Source:US Air Force Avionics Integrity Program)Figure 2:Major Causes of Electronics Failures Figure 2:Major Causes of Electronics Failures 图图2 2：电子产品故障主要原因：电子产品故障主要原因资料来源：美国空军航空电子整体研究项目资料来源：美国空军航空电子整体研究项目55%55%温度温度20%20%振动振动6%6%粉尘粉尘19%19%潮湿潮湿Figure 1:Junction Life StatisticsFigure 1:Junction Life Statistics(Source:GEC Research)Source:GEC Research)图图1 1：结点寿命统计：结点寿命统计故故障障率率（1 10 0万万小小时时）资料来源：资料来源：GECGEC研究院研究院发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大问题之一问题之一问题之一问题之一(强度与振动、散热、电磁兼容强度与振动、散热、电磁兼容强度与振动、散热、电磁兼容强度与振动、散热、电磁兼容)热设计的基本要求满足设备可靠性的要求满足设备预期工作的热环境的要求满足对冷却系统的限制要求热设计工程师热设计工程师 与与EE,ME,Layout等项等项目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能并降低成本并降低成本热设计的基础概念问题：热的单位是什么？问题：热的单位是什么？问题：热的单位是什么？问题：热的单位是什么？是是是是？热热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在热能。热能的单位用能。热能的单位用“J”“J”（焦耳）表示。（焦耳）表示。1J1J能量能在能量能在1N1N力的作用下使力的作用下使物体移动物体移动1m1m，使，使1g1g的水温度升高的水温度升高0.240.24。1J=1Nm1J=1Nm热设计的基础概念 设备设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用，用“每秒的每秒的热能量热能量”来表示会更容易理解。单位为来表示会更容易理解。单位为“J/s”“J/s”。J/sJ/s也可用也可用“W”“W”（瓦特）（瓦特）表示。表示。热设计的基础概念100J100J的能量可使的能量可使的能量可使的能量可使100g100g水的温度升高约水的温度升高约水的温度升高约水的温度升高约0.240.24。这并不是通过升高水的温度消耗了这并不是通过升高水的温度消耗了这并不是通过升高水的温度消耗了这并不是通过升高水的温度消耗了100J100J的能量。而的能量。而的能量。而的能量。而是在水中作为热能保存了起来。是在水中作为热能保存了起来。是在水中作为热能保存了起来。是在水中作为热能保存了起来。能能能能量量量量既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这就既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这就既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这就既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这就是最重要是最重要是最重要是最重要“能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律”。是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，而大范围分散时，温度就会降低。而大范围分散时，温度就会降低。而大范围分散时，温度就会降低。而大范围分散时，温度就会降低。热设计的基础概念电子产品电子产品电子产品电子产品接通电源后一段时间内，多半转换的热接通电源后一段时间内，多半转换的热接通电源后一段时间内，多半转换的热接通电源后一段时间内，多半转换的热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。热设计的基础概念很多人很多人很多人很多人会认为，会认为，会认为，会认为，“热设计是指设计一种可避免发热并能使其热设计是指设计一种可避免发热并能使其热设计是指设计一种可避免发热并能使其热设计是指设计一种可避免发热并能使其从世界上消失的机构从世界上消失的机构从世界上消失的机构从世界上消失的机构”。就像前面指出的那样，说是就像前面指出的那样，说是就像前面指出的那样，说是就像前面指出的那样，说是“发热发热发热发热”，但并非凭空突然产生，但并非凭空突然产生，但并非凭空突然产生，但并非凭空突然产生热能。说是热能。说是热能。说是热能。说是“冷却冷却冷却冷却”，但也并不是热能完全消失。，但也并不是热能完全消失。，但也并不是热能完全消失。，但也并不是热能完全消失。如如如如下下下下图图图图所示所示所示所示,热设计是指设计一种热设计是指设计一种热设计是指设计一种热设计是指设计一种“将将将将WW的能量完全向外的能量完全向外的能量完全向外的能量完全向外部转移的机构部转移的机构部转移的机构部转移的机构”，其结果是可达到，其结果是可达到，其结果是可达到，其结果是可达到“以下以下以下以下”。大家首先要有一。大家首先要有一。大家首先要有一。大家首先要有一个正确的认识！个正确的认识！个正确的认识！个正确的认识！。热传导傅立叶导热傅立叶导热傅立叶导热傅立叶导热定律：定律：定律：定律：AA为垂直于热流方向的截面积；为垂直于热流方向的截面积；为垂直于热流方向的截面积；为垂直于热流方向的截面积；为材料的导为材料的导为材料的导为材料的导热系数，单位热系数，单位热系数，单位热系数，单位W/(mK)W/(mK)，它是表征材料导热能，它是表征材料导热能，它是表征材料导热能，它是表征材料导热能力优劣的物性参数。力优劣的物性参数。力优劣的物性参数。力优劣的物性参数。导热系数导热系数导热系数导热系数是指在稳定传热条件下，是指在稳定传热条件下，是指在稳定传热条件下，是指在稳定传热条件下，1m1m厚的材料，两厚的材料，两厚的材料，两厚的材料，两侧表面的温差为侧表面的温差为侧表面的温差为侧表面的温差为1 1度（度（度（度（K,CK,C）,在在在在1 1秒内，通过秒内，通过秒内，通过秒内，通过1 1平方平方平方平方米面积传递的热量，单位为瓦米面积传递的热量，单位为瓦米面积传递的热量，单位为瓦米面积传递的热量，单位为瓦/米米米米 度（度（度（度（W/mK,W/mK,此处此处此处此处的的的的KK可用可用可用可用CC代替）代替）代替）代替）。它是表征材料它是表征材料它是表征材料它是表征材料导热导热能力能力能力能力优优劣的劣的劣的劣的物性物性物性物性参数。在参数。在参数。在参数。在3030 CC时，空气的导热系数为时，空气的导热系数为时，空气的导热系数为时，空气的导热系数为0.0270.027 W/mW/mCC，因此可以利用空气夹层来绝热，通常把，因此可以利用空气夹层来绝热，通常把，因此可以利用空气夹层来绝热，通常把，因此可以利用空气夹层来绝热，通常把导热系数小于导热系数小于导热系数小于导热系数小于0.230.23W/mCW/mC的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。热流量热流量热流量热流量是指单位时间内通过某一给定面积的热量，是指单位时间内通过某一给定面积的热量，是指单位时间内通过某一给定面积的热量，是指单位时间内通过某一给定面积的热量，单位为单位为单位为单位为WW。热传导热传导定义热流密度：定义热流密度：定义热流密度：定义热流密度：对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：由此可得导热热阻计算公式为：由此可得导热热阻计算公式为：由此可得导热热阻计算公式为：由此可得导热热阻计算公式为：热流密度热流密度热流密度热流密度是指单位时间内通过单位面积的热流量成为是指单位时间内通过单位面积的热流量成为是指单位时间内通过单位面积的热流量成为是指单位时间内通过单位面积的热流量成为热流密度热流密度热流密度热流密度。热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了的大小，表明了的大小，表明了的大小，表明了 1W1W热量所引起热量所引起热量所引起热量所引起的的的的温升温升温升温升大小大小大小大小，单位为，单位为，单位为，单位为/W/W或或或或K/WK/W。用。用。用。用热热热热功耗功耗功耗功耗乘乘乘乘以以以以热阻热阻热阻热阻，即可获得该传热路径上的，即可获得该传热路径上的，即可获得该传热路径上的，即可获得该传热路径上的温升温升温升温升。可。可。可。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。温差相当于电压，则热阻相当于电阻。温差相当于电压，则热阻相当于电阻。温差相当于电压，则热阻相当于电阻。热传导热阻热阻热阻热阻RjaRja：芯片的热源结（：芯片的热源结（：芯片的热源结（：芯片的热源结（junctionjunction）到周围冷却空气（）到周围冷却空气（）到周围冷却空气（）到周围冷却空气（ambientambient）的总）的总）的总）的总热热热热 阻，乘阻，乘阻，乘阻，乘以其发热量即获得器件温升以其发热量即获得器件温升以其发热量即获得器件温升以其发热量即获得器件温升。热阻热阻热阻热阻RjcRjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的壳的壳的壳的温差温差温差温差。热阻热阻热阻热阻RjbRjb：芯片的结与：芯片的结与：芯片的结与：芯片的结与PCBPCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。与单板间的温差。与单板间的温差。与单板间的温差。热传导单层平壁导热单层平壁导热单层平壁导热单层平壁导热多层平壁导热多层平壁导热多层平壁导热多层平壁导热单层圆筒壁导热单层圆筒壁导热单层圆筒壁导热单层圆筒壁导热多层圆筒壁导热多层圆筒壁导热多层圆筒壁导热多层圆筒壁导热热传导接触热阻接触热阻接触热阻接触热阻导热介质导热介质-导热脂常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如硅油），并加有稳硅油），并加有稳硅油），并加有稳硅油），并加有稳 定剂和改性添加剂调配而成的均定剂和改性添加剂调配而成的均定剂和改性添加剂调配而成的均定剂和改性添加剂调配而成的均匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也 有灰色或金有灰色或金有灰色或金有灰色或金色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧化铝、化铝、化铝、化铝、氮化硼氮化硼氮化硼氮化硼、氧化银、银粉、铜粉等。氧化银、银粉、铜粉等。氧化银、银粉、铜粉等。氧化银、银粉、铜粉等。1 1）为最常见的界面导热）为最常见的界面导热）为最常见的界面导热）为最常见的界面导热材料材料材料材料，常常常常采用印刷或点涂方式进行施加。采用印刷或点涂方式进行施加。采用印刷或点涂方式进行施加。采用印刷或点涂方式进行施加。2 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便,价价价价格格格格便宜。便宜。便宜。便宜。3 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很小，小，小，小，适合大功率器件的散热。适合大功率器件的散热。适合大功率器件的散热。适合大功率器件的散热。4 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。特点：特点：导热介质-导热脂导热介质-导热脂导热介质-导热脂我公司现有导热硅脂我公司现有导热硅脂其他一些常用导热硅脂其他一些常用导热硅脂供应商供应商型号型号我司编码我司编码导热系数导热系数(W/mk)工作温度（摄氏度）工作温度（摄氏度）北京美宝北京美宝T-5010401001710.785-60200导热介质-导热胶特点：特点：导热介质-导热胶导热介质-导热胶315315导热胶的使用导热胶的使用导热胶的使用导热胶的使用方法方法方法方法：1 1、首先用酒精擦拭芯片和散热器粘接面；晾干（约、首先用酒精擦拭芯片和散热器粘接面；晾干（约、首先用酒精擦拭芯片和散热器粘接面；晾干（约、首先用酒精擦拭芯片和散热器粘接面；晾干（约1min1min后即可）后即可）后即可）后即可）2 2、采用、采用、采用、采用0.12mm0.12mm的导热胶印刷工装，涂胶方式推荐为固化水涂在散热器上，导热胶的导热胶印刷工装，涂胶方式推荐为固化水涂在散热器上，导热胶的导热胶印刷工装，涂胶方式推荐为固化水涂在散热器上，导热胶的导热胶印刷工装，涂胶方式推荐为固化水涂在散热器上，导热胶涂在芯片表面。涂在芯片表面。涂在芯片表面。涂在芯片表面。3 3、采用干净的毛刷在散热器上刷涂固化水，不超过、采用干净的毛刷在散热器上刷涂固化水，不超过、采用干净的毛刷在散热器上刷涂固化水，不超过、采用干净的毛刷在散热器上刷涂固化水，不超过2 2滴，使粘结面有润湿的痕迹即滴，使粘结面有润湿的痕迹即滴，使粘结面有润湿的痕迹即滴，使粘结面有润湿的痕迹即可可可可.然后待固化然后待固化然后待固化然后待固化 水挥发水挥发水挥发水挥发15s1min15s1min后（不能超过后（不能超过后（不能超过后（不能超过30min30min），组装上散热器。），组装上散热器。），组装上散热器。），组装上散热器。4 4、采用、采用、采用、采用5-10N5-10N的压力，从中间均匀挤压散热器，以使胶层均匀分布，实现良好的粘的压力，从中间均匀挤压散热器，以使胶层均匀分布，实现良好的粘的压力，从中间均匀挤压散热器，以使胶层均匀分布，实现良好的粘的压力，从中间均匀挤压散热器，以使胶层均匀分布，实现良好的粘结层；结层；结层；结层；5 5、固化时，采用压块工装施加约、固化时，采用压块工装施加约、固化时，采用压块工装施加约、固化时，采用压块工装施加约1psi1psi的压强，以控制胶层的厚度在的压强，以控制胶层的厚度在的压强，以控制胶层的厚度在的压强，以控制胶层的厚度在0.15mm0.15mm以下；以下；以下；以下；6 6、一般情况下，、一般情况下，、一般情况下，、一般情况下，40min40min后，后，后，后，315315胶的粘接强度可达到完全固化的胶的粘接强度可达到完全固化的胶的粘接强度可达到完全固化的胶的粘接强度可达到完全固化的8080；24h24h后，后，后，后，315315胶可完全固化。胶可完全固化。胶可完全固化。胶可完全固化。导热介质-导热垫主要主要主要主要应用及特点应用及特点应用及特点应用及特点：主要主要主要主要用于当半导体器件与散热表面之间有较大间隙需要填用于当半导体器件与散热表面之间有较大间隙需要填用于当半导体器件与散热表面之间有较大间隙需要填用于当半导体器件与散热表面之间有较大间隙需要填 充充充充 用于用于用于用于几几几几个芯片要同时要共用散热器或散热底盘时，但间隙不个芯片要同时要共用散热器或散热底盘时，但间隙不个芯片要同时要共用散热器或散热底盘时，但间隙不个芯片要同时要共用散热器或散热底盘时，但间隙不 一样的一样的一样的一样的场合场合场合场合 用于用于用于用于加工加工加工加工公差加大的场合，表面粗糙度较大的场合公差加大的场合，表面粗糙度较大的场合公差加大的场合，表面粗糙度较大的场合公差加大的场合，表面粗糙度较大的场合。由于由于由于由于导热垫的弹性，使导热垫能减振，防止冲击，且导热垫的弹性，使导热垫能减振，防止冲击，且导热垫的弹性，使导热垫能减振，防止冲击，且导热垫的弹性，使导热垫能减振，防止冲击，且 便于安装和拆卸。便于安装和拆卸。便于安装和拆卸。便于安装和拆卸。导热介质-导热垫导热介质-导热垫对导热垫的性能要求和主要检测项目对导热垫的性能要求和主要检测项目对导热垫的性能要求和主要检测项目对导热垫的性能要求和主要检测项目：1 1）导热系数和热阻：热性能满足要求）导热系数和热阻：热性能满足要求）导热系数和热阻：热性能满足要求）导热系数和热阻：热性能满足要求2 2）硬度：优先选用硬度较低的材料）硬度：优先选用硬度较低的材料）硬度：优先选用硬度较低的材料）硬度：优先选用硬度较低的材料3 3）绝缘性能：要求耐压满足产品需求（一般）绝缘性能：要求耐压满足产品需求（一般）绝缘性能：要求耐压满足产品需求（一般）绝缘性能：要求耐压满足产品需求（一般3KV3KV）4 4）阻燃：要求材料阻燃级别达到）阻燃：要求材料阻燃级别达到）阻燃：要求材料阻燃级别达到）阻燃：要求材料阻燃级别达到V1V1及以上及以上及以上及以上供应商供应商型号型号我司编码我司编码导热系数导热系数(W/mk)尺寸尺寸奥川科技奥川科技SPE2-40-BK10401000291.24m厚厚;30.5mm30.5mm;黑色黑色奥川科技奥川科技SPE2-25-BK10401000301.22.5mm厚厚;23.5mm17.5mm；黑色；黑色奥川科技奥川科技SPE2-10-BK10401000311.21mm厚厚;13mm18mm;黑色黑色润和科技润和科技K1000108120103211mm厚；厚；200mm*400mm，硬度邵氏，硬度邵氏15-50，灰黑色灰黑色我公司现有的导热硅胶垫我公司现有的导热硅胶垫我公司现有的导热硅胶垫我公司现有的导热硅胶垫：导热介质-相变导热膜导热介质-相变导热膜导热介质-导热垫导热介质-导热双面胶带导热介质-导热双面胶带对流换热牛顿冷却公式：牛顿冷却公式：牛顿冷却公式：牛顿冷却公式：其中其中其中其中 为对流换热系数，单位为对流换热系数，单位为对流换热系数，单位为对流换热系数，单位W/(m2K)W/(m2K)，表征了换热表面的平均对流换，表征了换热表面的平均对流换，表征了换热表面的平均对流换，表征了换热表面的平均对流换热能力。热能力。热能力。热能力。AA为参与热交换的有效面积，为参与热交换的有效面积，为参与热交换的有效面积，为参与热交换的有效面积，T T为表面温度与流体温度之差。为表面温度与流体温度之差。为表面温度与流体温度之差。为表面温度与流体温度之差。由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：自然对流换热系数在自然对流换热系数在自然对流换热系数在自然对流换热系数在110W110W/(m2K/(m2K)量级，实际应用时一般不会超过量级，实际应用时一般不会超过量级，实际应用时一般不会超过量级，实际应用时一般不会超过3535 WW/(m2K)/(m2K)；强制对流换热系数在；强制对流换热系数在；强制对流换热系数在；强制对流换热系数在1010010100W/(m2K)W/(m2K)量级，实际应用时量级，实际应用时量级，实际应用时量级，实际应用时一般不会超过一般不会超过一般不会超过一般不会超过3030W/(m2K)W/(m2K)。几个准则数的计算公式及物理意义：几个准则数的计算公式及物理意义：几个准则数的计算公式及物理意义：几个准则数的计算公式及物理意义：努塞努塞努塞努塞尔数：尔数：尔数：尔数：雷诺数：雷诺数：雷诺数：雷诺数：普朗特数：普朗特数：普朗特数：普朗特数：格拉晓夫数：格拉晓夫数：格拉晓夫数：格拉晓夫数：LL特征尺寸，特征尺寸，特征尺寸，特征尺寸，mm；uu流体速度，流体速度，流体速度，流体速度，m/sm/s；cpcp比热容，比热容，比热容，比热容，kJ/(kgK)kJ/(kgK)；动力粘度，动力粘度，动力粘度，动力粘度，PasPas；导热系数，导热系数，导热系数，导热系数，W/(mK)W/(mK)；VV体膨胀系数，体膨胀系数，体膨胀系数，体膨胀系数，1 1；gg重力加速度，重力加速度，重力加速度，重力加速度，m/s2m/s2；TT流体与壁面的温差。流体与壁面的温差。流体与壁面的温差。流体与壁面的温差。是流体力学中的一个无量纲数是流体力学中的一个无量纲数，是，是表示对流换热强烈程度的一个准表示对流换热强烈程度的一个准数数,又又表示流体层流底层的导热阻力与对流传热阻力的比表示流体层流底层的导热阻力与对流传热阻力的比雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数。典型雷诺数：典型雷诺数：普通普通航空飞机：航空飞机：5000000小型无人机：小型无人机：400000海鸥：海鸥：100000滑翔蝴蝶：滑翔蝴蝶：7000圆形光滑管道：圆形光滑管道：2320大脑大脑中的血液流中的血液流：100主动脉中的血流主动脉中的血流1000普朗特数是由流体物性参数组成的一个无因普朗特数是由流体物性参数组成的一个无因次数，表明次数，表明温度边界层和流动边界层的关温度边界层和流动边界层的关系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。它反映自然对流程度的特征数。它反映自然对流程度的特征数。当格拉晓夫数相当大，当格拉晓夫数相当大，约约Gr10E9时，自然对流边界层就会失去稳定而从层时，自然对流边界层就会失去稳定而从层流状态转变为紊流状态流状态转变为紊流状态。所以格拉晓夫数。所以格拉晓夫数Gr在自然对在自然对流过程中的作用相当于雷诺数流过程中的作用相当于雷诺数Re在受迫对流过程中的在受迫对流过程中的作用，其大小能确定边界层的流动状态。作用，其大小能确定边界层的流动状态。热辐射任意物体的辐射能力可用下式计算任意物体的辐射能力可用下式计算任意物体的辐射能力可用下式计算任意物体的辐射能力可用下式计算镜体镜体镜体镜体是指反射比是指反射比是指反射比是指反射比=1=1的物体。的物体。的物体。的物体。绝对透明体绝对透明体绝对透明体绝对透明体是指穿透比是指穿透比是指穿透比是指穿透比=1=1的的的的物体。物体。物体。物体。绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体是指吸收比是指吸收比是指吸收比是指吸收比=1=1的物体。的物体。的物体。的物体。黑度黑度黑度黑度：在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用为物体的黑度，或物体的发射率，用为物体的黑度，或物体的发射率，用为物体的黑度，或物体的发射率，用 表示。表示。表示。表示。热辐射物体表面的辐射计算是及其复杂的，其中最简单的是两个面物体表面的辐射计算是及其复杂的，其中最简单的是两个面物体表面的辐射计算是及其复杂的，其中最简单的是两个面物体表面的辐射计算是及其复杂的，其中最简单的是两个面积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式：积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式：积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式：积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式：热辐射电子设备冷却方法的选择温升为温升为40时，时，各种冷各种冷却方法却方法的热流的热流密度和密度和体积功体积功率密度率密度值值电子设备冷却方法的选择冷却方法可根据热流密度和温升要求，按照下图关系进行选择。这种方冷却方法可根据热流密度和温升要求，按照下图关系进行选择。这种方法适用于温升要求不同的各类设备法适用于温升要求不同的各类设备由此图可知，当元件表面与由此图可知，当元件表面与环境之间的允许温差环境之间的允许温差T为为60时，空气的自然对流时，空气的自然对流（包括辐射）仅对热流密度（包括辐射）仅对热流密度低于低于0.05W/cm2时有效时有效。强迫风冷可使表面对流换热强迫风冷可使表面对流换热系数大约提高一个数量级，系数大约提高一个数量级，如在允许温差为如在允许温差为100时，时，风冷最大可能提供风冷最大可能提供1W/cm2的传热能力。的传热能力。电子设备冷却方法的选择电子设备中常用的冷却方法能够达到的对流换热系数及表面热流密度值电子设备中常用的冷却方法能够达到的对流换热系数及表面热流密度值如下表所示：如下表所示：电子设备冷却方法的选择设备内部的散热方法应使发热元器件与被冷却表面或散热器之间有一设备内部的散热方法应使发热元器件与被冷却表面或散热器之间有一条低热阻的传热路径。条低热阻的传热路径。利用金属导热是最基本的传热方法，其热路容易控制。热辐射换热则利用金属导热是最基本的传热方法，其热路容易控制。热辐射换热则需要比较高的温差，且传热路径不容易控制。对流换热需要较大的面需要比较高的温差，且传热路径不容易控制。对流换热需要较大的面积，在安装密度较高的设备内部难以满足要求。积，在安装密度较高的设备内部难以满足要求。大多数小型电子元器件最好采用自然冷却方法。自然对流冷却表面的大多数小型电子元器件最好采用自然冷却方法。自然对流冷却表面的热流密度为热流密度为0.039W/cm2。有些高温元器件的热流密度可高达。有些高温元器件的热流密度可高达0.078W/cm2。强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。热管的传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。热管的传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。应用热管时，主要问题是如何减小热管两端接触界面上的热阻。应用热管时，主要问题是如何减小热管两端接触界面上的热阻。电子设备冷却方法的选择电子设备自然冷却电子设备自然冷却电子设备自然冷却电子设备自然冷却为了说明机壳结构对电子设备温度的影响，可以通过下图所示的试验装为了说明机壳结构对电子设备温度的影响，可以通过下图所示的试验装置的试验加以说明。其中热源为置的试验加以说明。其中热源为80W，位于试验装置的中心位置，机壳，位于试验装置的中心位置，机壳用各种不同结构形式的铝板制成，进行任意组合，可满足不同结构形式用各种不同结构形式的铝板制成，进行任意组合，可满足不同结构形式的需要，试验装置的需要，试验装置404*304*324mm。电子设备自然冷却密封机箱所有表面所散发的热量在工程上可以近似用下面的公式来估算：密封机箱所有表面所散发的热量在工程上可以近似用下面的公式来估算：式中：式中：u密封机箱温升的推算和散热限度：密封机箱温升的推算和散热限度：电子设备自然冷却密封机箱的散热量取决于其表面积，若要求机箱的温度保持在一定范围密封机箱的散热量取决于其表面积，若要求机箱的温度保持在一定范围内，对给定的机箱表面积，其所能散热的热量是有限度的。内，对给定的机箱表面积，其所能散热的热量是有限度的。机机箱表面积与散热限度的关系如下图箱表面积与散热限度的关系如下图：电子设备自然冷却电子设备自然冷却自然散热的通风机箱主要经由机箱表面散热和自然通风带走热量两种方自然散热的通风机箱主要经由机箱表面散热和自然通风带走热量两种方式来进行散热：式来进行散热：式中：式中：u通风机箱温升的推算和散热限度通风机箱温升的推算和散热限度：通风机箱的散热受到机箱表面积和通风孔面积的限制。通风机箱的散热受到机箱表面积和通风孔面积的限制。500mmX500mmX200mm和和300mmX300mmX100m两种表面积的机箱两种表面积的机箱的通风孔面积与散热量之间的关系如下图所示：的通风孔面积与散热量之间的关系如下图所示：电子设备自然冷却当内部发热量与所要求的温升值是确定的，则可由上图估算出这时所必当内部发热量与所要求的温升值是确定的，则可由上图估算出这时所必须的通风孔面积。若超出了这一限度，就要采用强迫风冷方式。须的通风孔面积。若超出了这一限度，就要采用强迫风冷方式。电子设备自然冷却-散热器选择自然冷却散热器的设计要点自然冷却散热器的设计要点1.考虑考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于议自然冷却的散热器齿间距大于12mm，如果散热器齿高低于如果散热器齿高低于10mm，可按齿间距，可按齿间距1.2倍齿高来确定散热器的齿间距倍齿高来确定散热器的齿间距。2.自然冷却自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热齿表面不产生太大的影响，所以建议散热齿表面不加波纹齿加波纹齿。电子设备自然冷却-散热器选择自然冷却散热器的设计要点自然冷却散热器的设计要点3.由于由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于3mm以上。散热器基板厚度对以上。散热器基板厚度对散热器的热容量及散热器散热器的热容量及散热器热阻有影响，太薄热容量太小，太厚热阻热阻有影响，太薄热容量太小，太厚热阻反而反而增加增加，上图上图表示表示出了基板厚度的最出了基板厚度的最佳佳范围。对分散式散热来将，基板厚度一般为范围。对分散式散热来将，基板厚度一般为3-6mm为最佳为最佳。4.一定的冷却体积及流向长度下，一定的冷却体积及流向长度下，按按下表下表确定确定散热器齿片最佳间距的大小散热器齿片最佳间距的大小冷却条件流向长度(mm)75150225300自然冷却6.57.51013电子设备自然冷却机箱辐射换热的考虑机箱辐射换热的考虑对于自然冷却的机箱，大部分需承担散热器的功能，其表面温升一般对于自然冷却的机箱，大部分需承担散热器的功能，其表面温升一般较高，约较高，约25-40，其表面的辐射换热量在整个机箱的散热量中占有，其表面的辐射换热量在整个机箱的散热量中占有较大的比重，有些甚至成为主要的散热途径，所以，在进行机箱的散较大的比重，有些甚至成为主要的散热途径，所以，在进行机箱的散热计算时，不能忽略辐射换热热计算时，不能忽略辐射换热，可，可按下式进行计算：按下式进行计算：Q辐射辐射4S(Ts4-Ta4)S机箱的有效面积，机箱的有效面积，m2斯波尔兹曼常数，为斯波尔兹曼常数，为5.6710-8W/m2.K-辐射系数辐射系数Ts-机箱的表面温度，机箱的表面温度，KTa环境温度，环境温度，K必须牢记，电子设备由于温度不是太高，辐射波长相当长，处必须牢记，电子设备由于温度不是太高，辐射波长相当长，处于不可见的红外区。而在红外区，一个良好的发射体也是一个于不可见的红外区。而在红外区，一个良好的发射体也是一个良好的吸收体，良好的吸收体，所以在考虑机箱的辐射换热时，必须同时考所以在考虑机箱的辐射换热时，必须同时考虑机箱表面辐射吸收的热量及机箱表面辐射散出的热量。虑机箱表面辐射吸收的热量及机箱表面辐射散出的热量。电子设备自然冷却系统系统风道设计的一些风道设计的一些基本原则：基本原则：进、出风口尽量远离，以强化烟囱效果。进、出风口尽量远离，以强化烟囱效果。出风口尽可能设计在系统的顶部。出风口尽可能设计在系统的顶部。在机柜的面板、侧板、后板没有特别要求一般不要开通风孔，以利于在机柜的面板、侧板、后板没有特别要求一般不要开通风孔，以利于形成有效的烟囱。形成有效的烟囱。系统后部应留一定空间以利于气流顺畅流出。系统后部应留一定空间以利于气流顺畅流出。为了避免下部热源对于上层热源的影响，可采用隔板形成独立风道。为了避免下部热源对于上层热源的影响，可采用隔板形成独立风道。为了避免热空气流入配电单元而影响其可靠性，可把气流风道隔离，为了避免热空气流入配电单元而影响其可靠性，可把气流风道隔离，形成完整、独立的风道。形成完整、独立的风道。机箱的选材机箱的选材如果如果需利用模块的机箱作为散热器，则模块机箱必须选用铝合金需利用模块的机箱作为散热器，则模块机箱必须选用铝合金材料，且模块内壁不得进行拉丝处理，材料的厚度不得低于材料，且模块内壁不得进行拉丝处理，材料的厚度不得低于1.5mm。如果。如果不利用机箱进行散热，则模块机箱选材不受限制。不利用机箱进行散热，则模块机箱选材不受限制。电子设备自然冷却电子设备自然冷却系统为自然对流独立散热风道，机柜出风系统为自然对流独立散热风道，机柜出风口在后门的顶部或顶部。口在后门的顶部或顶部。模块或插框为前后通风冷却。模块或插框为前后通风冷却。机柜后面的风道要求有足够的宽度，通常机柜后面的风道要求有足够的宽度，通常推荐大于推荐大于200mm以上。以上。配电单元如果位于系统顶部，需与风道隔配电单元如果位于系统顶部，需与风道隔离，以避免热空气对配电元器件的影响离，以避免热空气对配电元器件的影响。除进、出风口外，其它部位须完全密封除进、出风口外，其它部位须完全密封。系统为自然对流独立散热风道，机柜出风口系统为自然对流独立散热风道，机柜出风口