散热器选型-散热面积理论计算及风扇选择.doc

散热器选型，散热面积理论计算及风扇选择。
散热器选择的计算方法
一，各热参数定义：
Rja——— 总热阻，℃/W；
Rjc———器件的内热阻，℃/W；
Rcs———器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；
Rsa——— 散热器热阻，℃/W；
Tj——— 发热源器件内结温度，℃；
Tc———发热源器件表面壳温度，℃；
Ts——— 散热器温度，℃；
Ta——— 环境温度，℃；
Pc———器件使用功率，W；
ΔTsa ——— 散热器温升，℃；

二，散热器选择：
Rsa =(Tj-Ta)／Pc - Rjc -Rcs
式中：Rsa（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。
Tj 和Rjc 是发热源器件提供的参数，
Pc 是设计要求的参数，
Rcs 可从热设计专业书籍中查表,或采用Rcs=截面接触材料厚度/（接触面积X接触材料导热系数）。

（1） 计算总热阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)／Pc
（2） 计算散热器热阻Rsa 或温升ΔTsa：Rsa = Rja－Rtj－Rtc
                               ΔTsa＝Rsa×Pc
（3）确定散热器
     按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rsa 或ΔTsa 和Pc 选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或ΔTsa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的热阻散热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热器流阻曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风扇。

散热器热阻曲线

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三，散热器尺寸设计：

     对于散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时，可以按以下方法确定：
     按上述公式求出散热器温升ΔTsa，然后计算散热器的综合换热系数α：
      α＝7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)／20]}
式中：
ψ1——— 描写散热器L/b 对α的影响，（L 为散热器的长度b 为两肋片的间距）；
ψ2——— 描写散热器h/b 对α的影响，（h 为散热器肋片的高度）；
ψ3——— 描写散热器宽度尺寸W 增加时对α的影响；
√√ [(Tf-Ta)／20]———描写散热器表面最高温度对周围环境的温升对α的影响；
      以上参数可以查表得到。

      计算两肋片间的表面所散的功率q0
q0 =α×ΔTfa×（2h+b）×L

      根据单面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pc′
单面肋片：Pc′＝nq0
双面肋片：Pc′＝2nq0
（单面肋，简单的说，就是一边带肋，一边是一个平面。利于在特定场合下的装配，例如在电源模块上。）
若Pc′ ＞Pc 时则能满足要求。
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四，估算散热器表面积：
由Q=HA（T1-T2）结合修正系数推得：
S = 0.86W/(△T*a))
(平方米)

式中
△T——散热器温度与周围环境温度（Ta）之差（℃）；
α（h）——换热系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。
        α的值可以表示为:
α= Nu*λ/L
式中λ——热电导率由空气的物理性质决定；
　  L——散热器高度；
　  Nu——空气流速系数。
　　          Nu值由下式决定
Nu = 0.664* [(V/V1)^(1/2)]*[Pr^(1/3)]

式中 V——动黏性系数，是空气的物理性质；
　   V1——散热器表面的空气流速；
　　 Pr——参数（见下表）。

温度t/℃

动黏性系数

热电导率

Pr

0

0.138

0.0207

0.72

20

0.156

0.0221

0.71

40

0.175

0.0234

0.71

60

0.196

0.0247

0.71

80

0.217

0.0260

0.70

100

0.230

0.0272

0.70

120

0.262

0.0285

0.70

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五，计算阻力压降：
计算流经散热器阻力压降：
在算出换热系数h（α）之后，根据预选的散热器表面的空气流速V，计算流经散热器的空气阻力压降：
△P=f*（L/D）*(1/2)*(ρV2)
式中： ΔP ——  沿程压力损失，Pa；   
       V  ——  空气平均流速，m/s；
       f  ——  沿程阻力系数；    
       ρ  ——  空气密度，kg/m3；
       L  ——  沿程长度，m；       
       D  ——  当量直径，m。（D=4散热器截面面积/截面周长）。
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六，计算流量：
计算流经散热器流量
Q=AV
式中
Q---流量
A--风量流经散热器截面积
V---风量流经散热器风速
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七，风扇选择：
根据计算获得的Q和△P，选择风扇PQ曲线内包含Q与△P点即可。

风扇PQ曲线
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线分别代表不同系统的特性曲线。系统特性曲线与风扇的特性曲线的交点就是该风扇的工作点，推荐系统工作在C 点，低阻力工作点。
风扇选型工作点在实际风扇曲线下方即可满足要求。
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