10 散熱器 111
10.1 散熱器各個方面111
10.1.1 翅片高度 111
10.1.2 自然對流情況下翅片優化 112
10.1.3 強迫對流情況下散熱器 112
10.2 Flotherm中散熱器建模113
10.2.1 詳細散熱器模型 113
10.2.2 簡化散熱器模型 113
10.2.3 風扇＋散熱器 113
10.3 小型散熱器實驗研究114

10 散熱器
10.1 散熱器各個方面
10.1.1 翅片高度

來源：M. Wutz: Warmeabfuhr in der Elektronik. Vieweg Verlag (1991)
 
出于經濟性的考慮翅片高度不應該太高，也就是所謂的翅片效率：

當 m*H=0.5時， 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行合理的設計，否則在大量浪費材料同時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（實線）情況下，最優化翅片間距和翅片長度的關系
從上圖中可以看出，通常最優化的翅片間距為 。

10.1.3 強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)
下圖是對于一個長寬高分別為 IGBT元件，在不同風速下其散熱器熱阻隨翅片數和翅片間流速的變化。對于強迫對流的散熱器，最終還是要有足夠的風量，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 詳細散熱器模型

可以使用Flotherm中的Heat Sink元件方便的構建詳細的散熱器模型。建議翅片間的網格數為3～5。
另外也可以通過訪問制造商的網站獲取相關的模型。

10.2.2 簡化散熱器模型
簡化散熱器模型采用一個體積阻尼和熱交換系數來替代翅片所占據的空間。因此所采用的網格數量相對較少。這個模型假設處于充分發展湍流流動。但是這個模型不適用于圓柱形翅片（Pin fin）和塑料材質的散熱器。
建議：可以使用詳細模型的計算結果來驗證簡化散熱器模型的計算結果。
更詳細的信息可以參閱：flotherm.com -> User Support -> April 5th 2000

10.2.3 風扇＋散熱器
下圖為搭載了一個或兩個風扇的散熱器。它們是常用的功率器件散熱器。為了使空氣流動更均勻，在散熱器入口處需要一個壓力平衡腔。
 
左圖： 2000W高熱功耗的功率器件。藍色的盒子是壓力平衡腔。右圖：是散熱器仿真結果在Z方向上一半處的溫度截面圖

為了精確的計算空氣流過散熱器的壓力降，在散熱器翅片間必須有4～5個網格。
兩種散熱器的實驗（彩色記號）結果和Flotherm仿真結果（黑色記號）

10.3 小型散熱器實驗研究
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。
 
實驗設置從左至右：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
測試結果和Data Sheet上數據能夠很好的吻合。
特別注意SK514散熱器，其翅片上還進行了加工。在所有的安裝形式中（垂直、水平、PCB板），可以發現表面不進行褶皺處理的散熱器效果并不差。表面不進行褶皺處理散熱器大約可以節省30％的材料費用。
  
Fischer SK514（50mm）側面圖和有褶皺（方塊）與無褶皺（菱形）在水平放置情況下的實驗結果

Flotherm資料下載: 使用Flotherm進行電子散熱仿真過程中涉及的物理學原理.pdf

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