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散热器设计计算公式

散热器设计计算公式
散热器设计计算公式

彩色散热器价格设计计算公式散热器团购设计计算公式

金旗舰散热器团购设计计算书

中性层半径展开公式:

ρ=R+Kt

ρ——中性层半径(mm)

R——弯曲内半径(mm)

K——中性层位置系数(0.01745)

t——材料厚度(mm)

经验公式ρ=0.01745*R*?(角度数)

散热面积计算:

S=2Sf+St

S——散热面积m2

Sf——散热带散热面积m2

St——散热管散热面积m2

Sf =T*L*N*t

T——芯厚mm

L——散热带展开长度mm

N——散热带条数

t——散热带波峰数

St =W*L0*H

W——散热管数量

L0——散热管外周长mm

H——散热管有效长度(芯高)mm

散热器的散热量Qn:

Qn=K*S*(tuxp -tacp)

Qn——散热量KJ/h

K——散热系数KJ/ m2h℃(铝:450---550 铜:350—400)S——散热面积m2

(tuxp -tacp)——液气平均温差℃

暖气片品牌金旗舰暖气片,一线明星代言,暖通O2O第一品牌,当系统压力提高后tuxp随之增大,在其他参数不变的情况下,液气平均温差的值必然增加,从而实现了提高散热能力的目标。提高系统压力不仅有利于增大散热能力,而且有利于提高发动机燃烧效率,减少水泵气蚀倾向。但是,提高系统压力会使散热器渗漏机率随之增加。一般情况下,轿车、轻型车的系统压力为70kpa~110kpa 中型车的系统压力为50kpa~70kpa

重型车的系统压力为30kpa~50kpa

散热量结构参数中对散热性能影响最大的是芯子正面面积Ff通常总是希望在安装尺寸允许的前提下,尽可能把正面面积Ff选择大一些。并接近正方形。散热器发展趋势之一是扩大正面面积并减少芯厚。采用增加芯厚的措施来提高散热能力是不允许的。

散热器冷却水管多采用扁管式,扁管可以在相同流通截面时获取

与空气最大的接触面积。从而实现最大的接触面积而空气阻力小的最佳效果。

提高散热系数K值可以实现在不增加生产成本和不增大空间尺寸的前提下提高散热能力。如改善二次换热表面(散热带)的换热条件,即在二次换热表面上冲击一系列密集的有一定角度的百叶窗孔。通过改变散热带的表面形状,有效地减小二次换热表面附面层的平均厚度。

节距是相邻两个散热带波峰的距离。在空间尺寸不变的条件下减小节距t可增大散热面积S,但同时也会引起风阻△Pa增大。t值大小与芯厚T成正比。t值的大小与芯厚T成正比。t值变化要结合芯厚T、散热面积S及风阻△Pa三者综合地选取。t值减小风阻必然增大,因此风扇也要与此相适宜。

(精选文档)散热器的表面积计算

散热器的表面积计算: S = 0.86W/(△T*a)) (平方米) 式中 △T——散热器温度与周围环境温度(T a)之差(℃); a——传导系数,是由空气的物理性质及空气流速决定的。 a的值可以表示为: A = Nu*λ/L 式中λ——热电导率由空气的物理性质决定; L——散热器海拔高度(); 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(见表1)。

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。

汽车散热器的毕业设计论文

汽车散热器的毕业设计论文 目录 1、前言、 2、散热器的结构及对材料的要求、 3、铝散热器片材料的特点、 4、散热器的结构和种类样图、 5、用铝散热器取代铜散热器能够满足整车及发动机的性能要 求、 6、铝散热器使用寿命高于铜散热器、 7、铝散热器必须使用厂家规定的防冻防锈液、 8、铝散热器必须在生产厂家进行专业维修、 9、层叠式汽车散热器、 10、散热器的计算和选用原则散热 11、使用与保养、 12、汽车散热器的发展趋势、 13、结语、

1.前言 散热器是汽车水冷发动机冷却系统中不可缺少的重要部件,其作用是将发动机的水套内冷却液所携带的多余热量经过二次热交换,在外界强制气流的作用下从高温零件所吸收的热量散发到空气中的热交换装置。因此,冷却系统中散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果及其动力性、经济性和可靠性,乃至正常工作和安全行驶的问题。 随着汽车发动机转速和功率的不断提高,热负荷也愈来愈大,对冷却系统的要求也越来越高,人们对包括散热器在内的冷却系统的研究愈加重视,新技术、新材料不断涌现。汽车铝散热器产品的优势体现在轻量化、可靠性高、价格低以及生产环保,整车厂采用铝水箱替代原有铜水箱是汽车散热器技术发展的必然趋势。目前,汽车散热器正朝着轻型、高效、经济的方向发展,国内乘用车产品90%以上采用的是铝散热器,在商用车上的使用近年也陆续采用并有扩大的趋势。 2. 散热器的结构及对材料的要求 汽车水冷发动机散热器由冷却用的散热器芯部、进水室和出水室三部分组成。冷却液在散热器芯内流动,空气从散热器芯外高速流过,冷却液和空气通过散热器芯部进行热量交换。 目前,汽车散热器的结构形式可分为直流型和横流型两大类。

车用散热器散热面积的计算

车用散热器散热面积的计算 一、散热量的确定 1.用户已给散热量的按已给散热量计算. 2.对车用柴油机可按下式进行估算:Q=()P s式中P s表示发动机功率. 燃烧室为预燃室和涡流室的发动机取较大值P s 直接喷射式的发动机取较小值P s 增压的直喷柴油机可取P s 二、计算平均温度差Δt m 1.散热器的进水温度t s1 闭式冷却系可取t s1=95-100℃(节温器全开温度) 2.散热器出水温度t s2 t s2=t s1-Δt sΔt s是冷却水在散热器中的最大温降,对强制冷却 系可取Δt s=6-12℃ 3.进入散热器的空气温度t k1一般取t k1=40-45℃ 4.流出散热器的空气温度t k2 t k2= t k1+Δt kΔt k是空气流过散热器时的温升,可按下式计算: Δt k=Q/(3600×A Z×C P×V K×ρk) 式中A Z表示散热器芯部的正迎风面积; C P表示空气的定压比热容C P=kgf℃V K表示散热器前的空气流速,车用发动机可取V K=12-15m/s ρk表示空气密度,设定在一个大气压气温50℃下查表得ρk=1.09kg/m3

5.平均温差修正系数φ 汽车发动机的冷却形式,属于两种流体互不混合的交叉流式换热形式.与热力学的简单顺流与逆流的换热形式不同,所以要以修正系数φ对平均温度差结果进行计算修正.而φ值的大小取决于两个无量纲的参数P及R. P=(出气温度-进气温度)/(进水温度-进气温度) R=(进水温度-出水温度)/( 出气温度-进气温度) 查上表可得φ值 6.平均温差Δt m 根据传热学原理,平均温差Δt m可按下式计算: Δt m=φ{(Δt max-Δt min)/ ㏑(Δt max/Δt min)} Δt max= t s1- t k1Δt min= t s2- t k2

汽车水散热器的概述及理论设计计算

汽车水散热器的概述 及理论设计计算 一、散热器概述 1汽车散热器的定义: 汽车散热器是水冷式发动机冷却系统的关键部件。通过强制水循环对发动机进行冷却,是保证发动机在正常的温度范围内连续工作的换热装置。 1、散热器在汽车中的重要地位 1汽车总成 产值比重按不同的车型能够占汽车总成的1~2.5% 2发动机总成 产值比重按不同的车型能够占发动机的15%左右 3、散热器结构的发展 1管片式开窗结构 2铜质管带式平片结构 3铜质管带式开窗结构 4铝质汽车散热器 5铜塑水箱或铝塑水箱 4、散热器的结构 1基本结构 2带补偿水壶结构 3带膨胀水箱结构 三、汽车的整体结构 温度过高及过低的坏处

温度过高 3温度过高时大多数零件都受热膨胀,温度越高,膨胀越大 4零件在高温下会降低强度,不能很好地工作 5温度过高时,其润滑油粘度降低,会加剧零件的磨损 6气缸内的温度过高时,进入气缸内的新鲜空气很快膨胀,就减少了进气量,降低功率。 7在汽油机中,气缸内温度过高时,容易产生爆炸现象 温度过低 2燃料不能完全燃烧,使燃料消耗增加 3使润滑油粘度增高,零件的摩擦阻力加大,消耗较多的功率,因而减少了输出功率 4废气中的水蒸气与硫化物生成一种叫亚硫酸的液滴腐蚀零件 5传走的热能增加,转变为机械功的热能减少,造成过多的散热损失. 汽车分类最新标准 以前的分类是我国1988年6月发布的有关标准GB/T3730.1-1988。 2目前新标准已将汽车的分类作了修改: 3一是废除了“轿车”的提法 4二是不再将”越野车”单独分类 5三是将汽车分为乘用车和商用车两大类 乘用车(不超过9座): 1分为普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、仓背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。 商用车: 2分为客车、货车和半挂牵引车 3客车细分为小型客车、城市客车、长途客车、铰接客车、无轨客车、越野客车、专用客车。 4货车细分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、越野货车、专

热阻计算

热阻计算 一般,热阻公式中,Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的,否则还应该写成Tcmax =Tj - P*(Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻,Rcs表示外壳至散热片的热阻,Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时,Tcmax =Tj - P*(Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。 一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出,Rjc, P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时,会有一个降额指标。 一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率,散热器足够大时且散热良好时,可以认为其表面到环境之间的热阻为0,所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺,所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见,一律可以按150度来计算。适用公式:Tc =Tj - P*Rjc。设计时,Tj最大值为150,Rjc已知,假设环境温度也确定,根据壳温即等于环境温度,那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件,比如小晶体管,IC,一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja,即结到环境之间的热阻。(Rja=Rjc+Rca)。 同样以三级管2N5551为例,其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度,又要消耗1.5W的功率,还要保证结温也是25度,唯一的可能就是它得到足够良好的散热!但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管,是不可能带散热器使用的。所以此时,小功率半导体器件要用到的公式是: Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja,厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度,那么其壳温为25度时,允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到: 25=150-P*200,得到,P=0.625W。事实上,规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用,所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W! 还有要注意,SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据,是在焊接到规定的焊盘(有一定的散热功能)上时测得的。

车用散热器散热面积的计算

车用散热器散热面积的计算散热量的确定 1.用户已给散热量的按已给散热量计算. 2.对车用柴油机可按下式进行估算:Q=()P s 式中P s 表示发动机功率. 燃烧室为预燃室和涡流室的发动机取较大值P s 直接喷射式的发动机取较小值P s 增压的直喷柴油机可取P s 计算平均温度差厶t m 1. 散热器的进水温度t s1 闭式冷却系可取t si=95-100C (节温器全开温度) 2. 散热器出水温度t s2 t s2= t s1-A t s △ t s是冷却水在散热器中的最大温降,对强制冷却系可取△ t s=6-12C 3?进入散热器的空气温度t ki 一般取t ki=40-45C 4.流出散热器的空气温度t k2 t k2= t kl+A t k △ t k是空气流过散热器时的温升,可按下式计算:△t k=Q/(3600 x A z X C P X V K X P k) 式中A z表示散热器芯部的正迎风面积;C P表示空气的定压比热容C P二kgf C V K表示散热器前的空气流速,车用发动机可取 V K=12-15m/s p k表示空气密度,设定在一个大气压气温50C下查

表得P k=1.09kg/m3 △ t max= t s1- t k1 △ t min= t s2- t k2

5?平均温差修正系数? 汽车发动机的冷却形式,属于两种流体互不混合的交叉流式换热形式?与热力学的简单顺流与逆流的换热形式不同,所以要以修正系数? 对平均温度差结果进行计算修正?而?值的大小取决于两个无量纲的参数P及R. P二出气温度-进气温度)/(进水温度-进气温度) R=进水温度-出水温度)/(出气温度-进气温度) P 查上表可得?值 6.平均温差△ t m 根据传热学原理,平均温差△ t m可按下式计算: △t m= ? {(△t max- △t min)/ I n (△t max/ △t min)}

汽车冷却系统设计要求

汽车冷却系统设计要求

汽车冷却系统设计 ——叶海见 汽车冷却系统设计 (2) 一、概述 (3) 二、要求 (3) 三、结构 (3) 四、设计要点 (6) (一)散热器 (6) (二)散热器悬置 (6) (三)风扇 (6) (四)副水箱 (8) (五)连接水管 (8) (六)发动机水套 (8) 五、设计程序 (8) 六、匹配 (8) 七、设计验证 (9) 八、设计优化 (9)

一、概述 二、汽车对冷却系统的要求 (一)汽车对冷却系统有如下几点要求 1、保证发动机在任何工况下工作在最佳温度范围; 2、保证启动后发动机能在短时间内达到最佳温度范围; 3、保证散热器散热效率高,可靠性好,寿命长; 4、体积小,重量轻,成本低; 5、水泵,风扇消耗功率小,噪声低; 6、拆装、维修方便。 (二)冷却系统问题对汽车的影响 1、冷却不足时,会导致内燃机过热,充气系数下降,燃烧不正常(爆燃、早燃等),机油变质和烧损,零部件摩擦和磨损加剧(如活塞、活塞环和缸套咬伤,缸盖发生热疲劳裂纹等),引起内燃机的动力性、经济性、可靠性全面恶化。 2、冷却过剩时(40~50℃),汽油机混合气形成不良,机油被燃油稀释;柴油机工作粗暴,散热损失增加,零部件磨损加剧(比正常工作温度工作时大好几倍),也会使内燃机工作变坏。 三、冷却系统布置选型 (一)冷却系统结构 1、分类: 液体蒸 发 简单蒸发冷 却 以加注冷却液来补偿冷却介 质蒸发损失的蒸发冷却。

冷却冷 却 带辅助水箱 的蒸发冷却 用辅助水箱补充冷却介质的 蒸发冷却。 带冷凝器的 蒸发冷却 蒸发的冷却介质在冷凝器中 凝结后,通。过冷却回路流 回到发动机加水箱的蒸发冷 却。 循 环 冷 却 对流冷却 利用热虹吸作用使冷却液自 然循环的冷却方式。 强 制 冷 却 开式强 制冷却 冷却介质不进行再循环的强 制。冷却方式。 单循环 强制冷 却 冷却介质在冷却水箱、冷却 塔、管式冷却器、散热器等 中进行冷却的强制冷却方 式。 双循环 强制冷 却 利用副回路(外循环)中的 冷却液在热交换器中对发动 机冷却介质进行再冷却的强 制冷却方式。 空气冷却自然空气冷却 利用自然空气循环的冷却方 式。 强制空气冷却 利用风扇迫使空气循环的冷 却方式。 2、常用结构:

灯珠结温和散热面积计算理论

灯珠结温和散热面积计算理论 灯珠结温和散热面积计算理论 一、基础理论 大功率LED的散热问题: LED是个光电器件,其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能,其余的电能几乎都转换成热能,使LED的温度升高。在大功率LED中,散热是个大问题。例如,1个10W白光LED若其光电转换效率为20%,则有8W的电能转换成热能,若不加散热措施,则大功率LED的器芯温度会急速上升,当其结温(TJ)上升超过最大允许温度时(一般是

150℃),大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。 另外,一般功率器件(如电源IC)的散热计算中,只要结温小于最大允许结温温度(一般是125℃)就可以了。但在大功率LED散热设计中,其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响:TJ越高会使LED的出光率越低,寿命越短。 K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。在TJ=25℃时,相对出光率为1;TJ=70℃时相对出光率降为0.9;TJ=115℃时,则降到0.8了;TJ=50℃时,寿命为90000小时;TJ=80℃时,寿命降到34000小时;TJ=115℃时,其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。 大功率LED的散热路径. 大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出:在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫,它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。 大功率LED是焊在印制板(PCB)上的,如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起,以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率,采用双层敷铜层的PCB,所示。这是一种最简单的散热结构。热是从温度高处向温度低5其正反面图形如图 处散热。大功率LED主要的散热路径是:管芯→散热垫→印制板敷铜

散热与风量的计算doc资料

散热与风量的计算

风扇总热量=空气比热X空气重量X温差,这里的温差是指,你进风的温度与最终加热片的温度的差值,照你说 的,250-80(最加热片的温度)-25(进风空气的温度)=145度,你给的倏件还一样,就是热量不知道,或者电器做的 总功不知道,电器做的总功/4.2=风扇排出的总热量知道的话就可以根空气重量=风量/60X空气密度逆推出风量 . 设:半导体发热芯片平均温度T1(工作时的温度上限,也就是说改芯片能承受的最高温度,取决你的设计要 求了),散热片平均温度T2,散热片出口处空气温度T3 简化问题,假设: 1.散热片为热的良导体,达到热平衡时间忽略,则有T1=T2; 2.只考虑热传导,对流和辐射不予考虑。 又因为半导体发出的热量最终用来加热空气,则有: 880W=40CFM*空气比热*(T3-38°C)注意单位统一,至于空气的比热用定容的吧。。。 上式可以求出(实际上也就是估算而已)出口处空气温度T3, 根据散热片的散热公式(也是估算),有: P=λ*【T2-0.5(T3+38°C)】*A

其中:P为散热功率,λ为散热系数,A为与空气的接触面积,【T2-0.5 (T3+38°C)】为温差; 其中:λ可以通过对照试验求(好吧,还是估算)出来, 这样就能大概估算出需要的散热器面积A了。。。 P.S. 误差来源1:散热器温度和芯片温度肯定不相等,热传导需要时间,而且散热片不同位置的温度也不严格相同 ,只是处在动态平衡; 误差来源2:散热片的散热公式是凭感觉写的。。。应该没大错,但肯定很粗糙。。自己修正吧 能想到的就这么多了。。。 轴流风机风量散热器的信息讲解 2011-06-02 17:06 轴流风机风量散热器的信息讲解 风量是指风冷散热器风扇每分钟排出或纳入的空气总体积,如果按立方英尺来计算,单 位就是CFM;如果按立方米来算,就是CMM。散热器产品经常使用的风量单位是CFM(约

散热器的选型与计算

散热器的选型与计算 以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W

总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件,但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装,这主要是可方便地安装在散热器上,便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算,其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器,以保证器件或模块安全、可靠地工作。 散热计算 任何器件在工作时都有一定的损耗,大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小,无需散热装置。而大功率器件损耗大,若不采取散

汽车冷却系统匹配设计说明

一、冷却系统说明 二、散热器总成参数设定及基本性能要求 三、膨胀箱总成参数设定及基本性能要求 四、冷却风扇总成参数设定及基本性能要求 五、橡胶水管参数设定及基本性能要求

一、冷却系统说明 内燃机运转时,与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热,如不加以适当的冷却,会使内燃机过热,充气系数下降,燃烧不正常(爆燃、早燃等),机油变质和烧损,零件的摩擦和磨损加剧,引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是,如果冷却过强,汽油机混合气形成不良,机油被燃烧稀释,柴油机工作粗爆,散热损失和摩擦损失增加,零件的磨损加剧,也会使内燃机工作变坏。因此,冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。 1.1 发动机的工况及对冷却系统的要求 一个良好的冷却系统,应满足下列各项要求: 1)散热能力能满足内燃机在各种工况下运转时的需要。当工况和环境条件变化时,仍能保证内燃机可靠地工作和维持最佳的冷却水温 度。 2)应在短时间内,排除系统的压力。 3)应考虑膨胀空间,一般其容积占总容积的4-6%; 4)具有较高的加水速率。初次加注量能达到系统容积的90%以上。 5)在发动机高速运转,系统压力盖打开时,水泵进口应为正压; 6)有一定的缺水工作能力,缺水量大于第一次未加满冷却液的容积;

7)设置水温报警装置; 8)密封好,不得漏水; 9)冷却系统消耗功率小。启动后,能在短时间内达到正常工作温度。 10)使用可靠,寿命长,制造成本低。 1.2 冷却系统的总体布置 冷却系统总布置主要考虑两方面:一是空气流通系统;二是冷却液循环系统。在设计中必须作到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。 提高通风系数:总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥30%。对于空气流通不顺的结构,需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上,提高散热器的利用率。 在整车空间布置允许的条件下,尽量增大散热器的迎风面积,减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇的风量和车的迎面风,提高散热器的散热效率。一般货车芯厚不超过四排水管,轿车芯厚不超过二排水管。 在整车布置中散热系统中,还要考虑散热器和周边的间隙,散热器到保险杠外皮的最小距离100毫米,如果发动机的三元崔化在前端的话,还要考虑风扇到三元催化本体距离至少100毫米,到三元催化隔热罩距离至少80毫米。一般三元催化的隔热罩到本体大概有15毫米,隔热罩厚度为0.5-1毫米,一般材料为st12。 1.2.1散热器布置 货车散热器一般采用纵流水结构,因为货车的布置空间也较宽裕。而且纵流

损耗与散热设计

第8章 损耗与散热设计 开关电源是功率设备,功率元器件损耗大,损耗引起发热,导致元器件温度升高,为了使元器件温度不超过最高允许温度,必须将元器件的热量传输出去,需要散热器和良好的散热措施,设备的体积重量受到损耗限制。同时,输出一定功率时损耗大,也意味着效率低。 8.1热传输 电子元器件功率损耗以热的形式表现出来,热能积累增加元器件内部结构温度,元器件内部温度受最高允许温度限制,必须将内部热量散发到环境中,热量通过传导、对流和辐射传输。当损耗功率与耗散到环境的功率相等时,内部温度达到稳态。 1. 传导 传导是热能从一个质点传到下一个质点,传热的质点保持它原来 的位置的传输过程,如图8-1固体内的热传输。热量从表面温度为T 1 的一端全部传递到温度为T 2的另一端,单位时间传递的能量,即功 率表示为 T R T l T T A P ?=-= )(21λ (8-1) 式中 A l R T λ= (8-2) 称为热阻(℃/ W );l -热导体传输路径长度(m);A -垂直于热传输路径的导体截面积(m 2);λ-棒材料的热导率(W/m ℃),含90%铝的热导率为220W/ m ℃,几种材料的热导率如表8-1所示;ΔT =T 1-T 2温度差(℃)。 例:氧化铝绝缘垫片厚度为0.5mm ,截面积2.5cm 2,求热阻。 解:由表8-1查得λ=20 W/m ℃,根据式(8-2)得到 3 4 0.5100.120 2.510t R --?==??℃/ W 式(8-1)类似电路中欧姆定律:功率P 相当于电路中电流,温度差;ΔT 相当于电路中电压。 半导体结的热量传输到周围空气必然经过几种不同材料传输,每种材料有自己的热导率,截面积和长度,多层材料的热传输可以建立热电模拟的热路图。图8-2是功率器件由硅芯片的热传到环境的热通路(a)和等效热路(b)。由结到环境的总热阻为 sa cs jc js R R R R ++= (8-3) 上式右边前两个热阻可以按式(8-2)计算,最后一项的热阻在以后介绍的方法计算。如果功率器件损耗功率为P ,则结温为 a sa cs jc j T R R R P T +++=)( (8-4) 式中R jc , R cs 及R sa 分别表示芯片结到管壳,管壳到散热器和散热 器到环境热阻。除了散热器到环境的热阻R sa 外,其余两个热阻可以按式(8-2)计算。 (a) (b) 图8-2功率器件热传输和等效热路图

热传导计算

热传导计算 随着微电子技术的飞速发展,芯片的尺寸越来越小,同时运算速度越来越快,发热量也就越来越大,如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ,这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量,保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。 如图 1所示,目前比较常用的一种散热方式是使用散热器,用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面,从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据,通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙,其中都是空气。由于空气是热的不良导体,所以空气间隙会严重影响散热效率,使散热器的性能大打折扣,甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙,增大接触面积,必须使用导热性能好的导热材料来填充,如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示,芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器,再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流(强制对流和自然对流)的方式带走到周围的空气中,强制将热量排除,这样就形成了从芯片,然后通过散热器和导热材料,到周围空气的散热通路。 表征热传导过程的物理量

在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m)。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R=(T1-T2)/Q=L/K·A (2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z=(T1-T2)/(Q/A)=R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R="R1"+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为: R2=Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积。芯片的工作温度T2为: T2=T1+P×R (6)

发动机散热器的设计计算

发动机散热器的设计计算 散热片面积是冷却水箱的基本参数,通常单位功率所需散热面积为0.20~0.28㎡/KW。发动机后置的车辆冷却条件比较差,工程机械行走速度慢没有迎风冷却,因此所配置的水箱散热面积宜选用上限。 水箱所配相关管道不能太小,其中四缸机的管道内径≧37mm,六缸机的管道内径≧42mm。 水箱迎风面积要求尽可能大一点,通常情况下为0.31~0.37㎡/KW,后置车、工程车辆还要大一些,由于道路条件改善,长时间的高速公路上高速行驶,或者容易超载,经常爬坡的车辆也要选得大一点。 对冷却液的要求: 1.冷却作用:有效的带走一定的热量,使发动机得到冷却,防止过热。 2.防冻作用:防止冷却液结冰而导致水箱和柴油机水腔冻裂。 3.防氧化和腐蚀:冷却液可防止金属件的氧化和腐蚀。 为改善发动机的工作条件,进一步提高其冷却性能,发动机后置或者重型车都配置了膨胀水箱。膨胀水箱应高于散热水箱50mm左右,必须具有相当于冷却系统总容积6%的冷却液膨胀空间,储备水量应是冷却系统总容积的11%,有暖风时达到20%,冷却液液面不能淹没加水伸长颈管,加水伸长颈管上部必须设通气孔,通气管不宜小于φ3.2mm,膨胀水箱最低液面以下水深不得低于50mm,以防止空气进入注水管。 由于受到发动机水循环系统进出口口径大小的限制,发动机进水接口外径为34mm(散热器出水接口外径也为34mm),发动机回水接口外径为35mm(散热器回水接口外径为35mm)。 本产品所选用的发动机额定功率为:110kw 在设计或选用冷却部件时应以散入冷却系统的热量Q为原始数据,来计算冷却系统的循环水量和冷却空气量:

用经验式 =???==3600 21.0431*******.03600u e e W h p Ag Q 69.14kJ/s=59450kcal/h 燃料热能传给冷却系的分数,取同类机型的统计量,%,柴油机A=0.23~0.30,取A=0.25 e g -燃料消耗率,kg/kw.h ;柴油机为0.210 e P -发动机有效功率,取最大功率110kw 若水冷式机油散热器,要增加散热量,W Q 增大5%~10%. 在算出发动机所需的散走的热量后,可计算冷却水循环量 187.41000814.69??=?= W W W W W C r t Q V =206.41L/min W t ?-冷却水循环的容许温升(6?-12?),取8? W r -水的密度,(1000kg/3m ) W C -水比热(4.187kJ/kg.C ?) 实际冷却水循环量为:==W a V V 2.1247.69L/min 冷却空气需要量:047.101.12014.69??=?= Pa W W W W C r t Q V =3.27m 3/s a t ?-散热器前后流动空气的温度差,取20C ? a r -空气密度,一般a r 取1.01kg/3m Pa C -空气的定压比热,可取Pa C =1.047kJ/kg.C ? 二.散热器设计 1.散热器的计算所根据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。 散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。 已知散热器散发的热量后,所需散热面积F 可由下式计算:

散热片计算方法

征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R=(T1-T2)/Q=L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z=(T1-T2)/(Q/A)=R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2=Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:

T2=T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4=Z/A=5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3=R4/60%=1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2=T1+P×R=50℃+(5W× 5.18℃/W)=75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载

冷却系统计算

冷却系统计算 一、 闭式强制冷却系统原始参数 都以散入冷却系统的热量 Q W 为原始数据,计算冷却系统的循环水量、冷却 空气量,以便设计或选用水泵、散热器、风扇 1.冷却系统散走的热量Q W 冷却系统散走的热量Q W ,受很多复杂因素的影响,很难精确计算,初估Q W ,可以用下列经验公式估算: 3600 h N g Q u e e W A (千焦/秒) (1-1) A ---传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比,对汽油机A=0.23~0.30, 对柴油机A=0.18~0.25 g e ---内燃机燃料消耗率(千克/千瓦.小时) N e ---内燃机功率(千瓦) h u ---燃料低热值(千焦/千克) 如果内燃机还有机油散热器,而且是水油散热器,则传入冷却系统中的热量,也应将传入机油中的热量计算在冷却系统中,则按上式计算的热量Q W 值应增大5~10% 一般把最大功率(额定工况)作为冷却系统的计算工况,但应该对最大扭矩工况进行验算,因为当转速降低时可能形成蒸汽泡(由于气缸体水套中压力降低)和内燃机过热的现象。 具有一般指标的内燃机,在额定工况时,柴油机g e 可取0.21~0.27千克/千瓦.小时,汽油机g e 可取0.30~0.34千克/千瓦.小时,柴油和汽油的低热值可分别取41870千焦/千克和43100千焦/千克,将此值带入公式即得 汽油机Q W =(0.85~1.10)N e 柴油机Q W =(0.50~0.78)N e

车用柴油机可取Q W=(0.60~0.75)N e,直接喷射柴油机可取较小值,增压的直接喷射式柴油机由于扫气的冷却作用,加之单位功率的冷却面积小,可取Q =(0.50~0.60)N e,精确的Q W应通过样机的热平衡试验确定。 W 取Q W=0.60N e 考虑到机油散热器散走的热量,所以Q W在上式计算的基础上增大10% 额定功率: ∴对于420马力发动机Q W=0.6*309=185.4千焦/秒 增大10%后的Q W=203.94千焦/秒 ∴对于360马力发动机Q W=0.6*266=159.6千焦/秒 增大10%后的Q W=175.56千焦/秒 ∴对于310马力发动机Q W=0.6*225=135千焦/秒 增大10%后的Q W=148.5千焦/秒 最大扭矩: ∴对于420马力发动机Q W=0.6*250=150千焦/秒 增大10%后的Q W=165千焦/秒 ∴对于360马力发动机Q W=0.6*245=147千焦/秒 增大10%后的Q W=161.7千焦/秒 ∴对于310马力发动机Q W=0.6*180=108千焦/秒 增大10%后的Q W=118.8千焦/秒 2.冷却水的循环量 根据散入冷却系统中的热量,可以算出冷却水的循环量V W

散热器扩散热阻的计算

散热器扩散热阻的计算 Accident? Consider the scenario where a designer wishes to incorporate a newly developed device into a system and soon learns that a heat sink is needed to cool the device. The designer finds a rather large heat sink in a catalog which marginally satisfies the required thermal criteria. Due to other considerations, such as fan noise and cost constraints, an attempt to use a smaller heat sink proved futile, and so the larger heat sink was accepted into the design. A prototype was made which, unfortunately, burned-out during the initial validation test, the product missed the narrow introduction time, and the project was canceled. What went wrong? The reasons could have been multi-fold. But, under this scenario, the main culprit could have been the spreading resistance that was overlooked during the design process. It is very important for heat sink users to realize that, unless the heat sink is custom developed for a specific application, thermal performance values provided in vendor's catalogs rarely account for the additional resistances coming from the size and location considerations of a heat source. It is understandable that the vendors themselves could not possibly know what kind of devices the users will be cooling with their products. Figure 1 - Normalized local temperature rise with heat sources of different size; from L to R, source area = 100%, 56%, 25%, 6%, of heat-sink area Introduction Spreading or constriction resistances exist whenever heat flows from one region to another in different cross sectional area. In the case of heat sink applications, the spreading resistance occurs in the base-plate when a heat source of a smaller footprin footprint area is mounted on a heat sink with a larger base-plate area. This results in a higher local temperature at the location where the heat source is placed. Figure 1 illustrates how the surface temperature of a heat sink base-plate would respond as the size of the heat source is progressively reduced from left to right with all other

电源功率器件散热器计算

电源功率器件散热器计算 一、7805 设计事例 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么 将会达到7805 的 热保护点150℃,7805 会断开输出。 二、正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出民品7805 的最高结 温 Tj(max)=125℃,那么允许的温升是65℃。要求的热阻是 65℃/2.45W=26℃/W。 再查7805 的热阻,TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W, TO-3 封装(也就是大家说的“铁壳”)的热阻θJA=39℃/W,均 高于要求值,都不能使用(虽然达不到热保护点,但是超指标使用还 是不对的),所以不论那种封装都必须加散热片。资料里讲到加散热片 的时候,应该加上4℃/W 的壳到散热片的热阻。 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即 54//x=26, x=50℃/W。其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足。 三、散热片尺寸设计 散热片计算很麻烦的,而且是半经验性的,或说是人家的实测结果。 基本的计算方法是:

1.最大总热阻θja =(器件芯的最高允许温度TJ -最高环境 温度 TA )/ 最大耗散功率 其中,对硅半导体,TJ 可高到125℃,但一般不应取那么高,温度太高会降 低可靠性和寿命。 最高环境温度TA 是使用中机箱内的温度,比气温会高。 最大耗散功率见器件手册。 2.总热阻θja=芯到壳的热阻θjc +壳到散热片的θcs +散热片到环 境的θsa 其中,θjc 在大功率器件的DateSheet 中都有,例如3---5 θcs对TO220 封装,用2 左右,对TO3 封装,用3 左右,加导热硅脂后, 该值会小一点,加云母绝缘后,该值会大一点。 散热片到环境的热阻θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系,作为 参考,给出一组数据例子。 a.对于厚2mm 的铝板,表面积(平方厘米)和热阻(℃/W)的对应关系是: 中间的数据可以估计了。

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