2008 Flotherm软件在电子设备热设计中的应用
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１２电子机械工程第２４卷
图１设备外观
迫风冷散热方式。
１．２．１风机风量确定
Ｑｒ＝Ｑ／（Ｃ。ｐ△丁）
式中：Ｑ，为强迫风冷系统所须提供的风量；Ｑ为被冷却设备的总热功耗，ｗ；ｃ。为空气比热，Ｊ／（ｋｇ?℃）；ｐ为空气密度，ｍ３／ｋｇ；△丁为进、出口处空气的温差，℃。
将Ｑ＝２１０ｗ，ｃｐ＝１００５Ｊ／（ｋｇ?ｏＣ），△ｒ＝１００Ｃ，Ｐ＝１．１１（ｍ３／ｋｇ），分别代入，可得强迫风冷所需的风量Ｑ，大约为０．０１９ｍ３／ｓ。其中空气物性定性温度为４５℃。由于忽略了设备对大气的辐射和与环境自然对流换热所散去的热量（一般约为总热功耗的１０％），所以由上式计算的风量略微偏大。在两侧板上打制６０ｍｍ×２５０ｍｉｎ的通风孔，设空气流通系数为０．８，可得进出口的风速大约为１．５８ｍ／ｓ。
１．２．２风道阻力特性确定
目前获得设备风道阻力特性的常用方法是经验实验法和计算实验法。经验实验法：参考以往相似设计实例的风道特性及所用风机，估计当前设计对象的风道特性，并选择适当的风机；样机完成后，通过实验验证所选风机的合理性旧］。这种方法的设计周期长，设计费用大。除此之外，也可以通过计算实验法进行手工计算，得出系统的阻力特性。但由于公式中的局部和沿程阻力系数不易得出，从而造成计算结果与实际值在某些情况下会发生较大偏差。利用Ｆｌｏｔｈｅｒｍ进行模拟仿真，可以快速准确地获取风道的阻力特性。
１）依据物理几何模型进行建模；
２）在空气人口处设置一个ＦｉｘｅｄＦｌｏｗ（固定流）。对ＦｉｘｅｄＦｌｏｗ分别设置体积流量为０。０１ｎ１３／ｓ、０．０１５Ｉｎ３／ｓ、０．０２ｍ３／ｓ和０．０２５ｉｎ３／ｓ，进行仿真计算，以此来捕获风道的阻力特性；
３）将求解设为纯流动，合理划分网格，气流变化剧烈处加密网格；
４）在进出口设置监控点来监测空气进、出口参数
图２设备简化模型
的变化；
５）通过仿真计算获得风道特性曲线，如图３所示。由于风机风量已经确定，可以定出风机工作点。因风量大风压小，拟采用三台离心风机并联。根据强迫风冷的设计经验，离心风机的工作点位于风机特性曲线的右下部时，风机的工作效率最高散热效果较好。利用并联风机风量叠加，风压不变的特性，可以方便地选取三台离心风机。考虑到抽风形式气流比较均匀以及风机自身的热功耗对设备的影响较小，故采用风机抽风形式。至此，散热方案确定为采用三台离心风机并联抽风的强迫风冷冷却方式。
图３风道阻力特性曲线
２温度场模拟及分析
２．１温度场模拟
１）沿用模拟风道特性曲线时的简化模型；
２）对发热元器件均贴附发热功率及材料属性；
３）输入风机特性曲线，取平行气流方式；
４）求解方式设为流动和换热；
５）不考虑设备外壳与周围空气的对流和辐射换热；
６）主板沿气流方向芯片代号依次为ＤｉｅＭ４、Ｄｉ—ｅＭ２、ＤｉｅＭ５、ＤｉｅＭｌ和ＤｉｅＭ３。除了ＤｉｅＭ４和ＤｉｅＭ５功率分别为６Ｗ外，其余３个芯片均为１０Ｗ。主板上其他发热元件功率合计１０
ｗ，利用ＰＣＢ板横向导热
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第３期李波，等：Ｆ１０ｔｌｌｅ册软件在电子设备热设计中的应用１３
系数大的特征，将这１０ｗ应用到整个ＰＣＢ主板上；
７）业务板沿气流方向芯片代号依次为ＤｉｅＳ５—１、
ＤｉｅＳ５—３和ＤｉｅＳ５—２。其中Ｓ代表业务板，５代表业
务板号，１、３、２为沿气流方向芯片序号ｆ
８）温度云图中所标示的均为芯片结点最高温度。
２．２温度云层图分析
１）设备内部温度最高点出现在主板芯片ＤｉｅＭ１上，
其值为１０８．３。Ｃ。而同为ｌＯｗ的ＤｉｅＭ２为１０３．５。Ｃ。两
者只是在Ｘ方向有位置差。观察图４可以清楚地看到，
由于ＤｉｅＭ２与ＤｉｅＭ１沿气流方向在同一直线上，使得流
过ＤｉｅＭ１的气流温度明显高于流过ＤｉｅＭ２的气流温度；
图５２、３号业务板温度云图２）观察图５中相同功率的芯片ＤｉｅＳ３—３和图６
中Ｄｉｅｓ５—３，两者只在Ｙ方向存在位置差，然而温度
却相差达１５℃。造成这种现象的主要的原因在于，
Ｓｅｒｖｉｃｅ５ＰＣＢ板的背面也能受到人口空气的横掠。而
Ｓｅｒｖｉｃｅ４ＰＣＢ板的背面，由于设备内部支撑和电源的
遮挡，无法完全的受到入口空气的横掠；
３）在图５右下角，存在一温度为１０１．８℃的区域。
造成局部温度骤升的原因，是由于气流无法流过此区
域，加之为了分析强迫风冷的作用，模拟仿真是并未考
虑设备外壳与周围空气的自然对流和辐射换热效应。
所以造成此处热量很难排至设备外热沉。
３优化设计
图４主板温度云图
３．１优化措施
１）优化ＭａｉｎＢｏａｒｄ的前部支撑，使ＭａｉｎＢｏａｒｄ的背部也能受到人Ｉ＝Ｉ空气的横掠；
２）调整ＭａｉｎＢｏａｒｄ上ＤｉｅＭ２的位置（调至ｚ方向一４０ｍｍ处）及ＤｉｅＭ４的位置（调至ｚ方向３０ｍｍ处），从而降低沿流动方向上前面芯片对后部芯片散热的影响；
３）通过加大风机风量，来降低芯片的结点温度；
图６４、５号业务板温度云图
４）考虑没备外壳与周围空气的对流和辐射换热影响。
３．２优化后各芯片温度
表１优化后各芯片温度（℃）
模型（温度）
芯片最初模型篙嚣筹盖２慕箕霁霎黧ＤｉｅＭ１１０８．３１Ｃ１５．２９９．１９ｒ７．３９６．０
Ｄｉｅｌ忆１０３．４９７．９９３．７９２．１９１．２ＤｉｅＭ３１０１．２９８．０９４．６９２．２９１．０ＤｉｅＭ４９１５．１９５．２９１．３８９．９８９．０ＤｉｅＭ５１０６．９１０４．７９６．８９５．２９４．０
Ｄｉｅｓ２—１１００。３１００。３９９。４９７．６９７。２
ＤｉｅＳ２—２ｌｃｌ５．Ｏ１０５．４１０４．７１舵．５ｌ位．３
ＤｉｅＳ２—３１００．５１０１．０１００．４９８．４９８．２
ＤｉｅＳ３—１９６．８９５．５９５．４９３．９９３．７
ＤｉｅＳ３—２９８．７９９．４】９８．４９６．７９６．６
Ｄｉｅｓ３—３９５．６９５．６９４．９９３．４９３．３
Ｄｉｅｓ４—１８９．５８９．７８９．４８８．０８７．６
ＤｉｅＳ４—２９１．５９１．５９０．９８９．４８９．２
Ｄｉｅｓ４—３８８．５８９．０８８．３８６．７８６．５
ＤｉｅＳ５—１８２．１眩．７８２．５８１．６８１．４
ＤｉｅＳ５—２８５．４８６．１８５．４８４．３８４．２
ＤｉｅＳ５—３８０．３８０。２８０．８７９。７７９。６
（下转第３０页） 万方数据
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Flotherm软件在电子设备热设计中的应用
作者：李波， 李科群， 俞丹海， LI Bo， LI Ke-qun， YU Dan-hai
作者单位：李波,李科群,LI Bo,LI Ke-qun(上海理工大学动力工程学院,上海,200093)， 俞丹海,YU Dan-hai(英国FLOMERICS公司中国代表处,上海,20041)
刊名：
电子机械工程
英文刊名：ELECTRO-MECHANICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2008,24(3)
被引用次数：1次
参考文献(3条)
1.李明东利用CFD数值仿真技术确定电子设备风道特性[期刊论文]-安全与电磁兼容 2002(03)
2.QJ 1474-1988.电子设备热设计规范
3.徐维新电子设备可靠性热设计指南 1995
引证文献(2条)
1.吕召会某型电源热设计及其分析[期刊论文]-电子机械工程 2010(6)
2.吕召会某型电源热设计及其分析[期刊论文]-电子机械工程 2010(6)
本文链接：https://www.sodocs.net/doc/4615729916.html,/Periodical_dzjxgc200803003.aspx
电子产品热设计、热分析及热测试
电子产品热设计、热分析及热测试培训 各有关单位： 随着微电子技术及组装技术的发展，现代电子设备正日益成为由高密度组装、微组装所形成的高度集成系统。电子设备日益提高的热流密度，使设计人员在产品的结构设计阶段必将面临热控制带来的严酷挑战。热设计处理不当是导致现代电子产品失效的重要原因，电子元器件的寿命与其工作温度具有直接的关系，也正是器件与PCB中热循环与温度梯度产生热应力与热变形最终导致疲劳失效。而传统的经验设计加样机热测试的方法已经不适应现代电子设备的快速研制、优化设计的新需要。因此，学习和了解目前最新的电子设备热设计及热分析方法，对于提高电子设备的热可靠性具有重要的实用价值。所以，我协会决定分期组织召开“电子产品热设计、热分析及热测试讲座”。现具体事宜通知如下 【主办单位】中国电子标准协会培训中心 【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 一、课程提纲：课程大纲以根据学员要求，上课时会有所调整，具体以报到时的讲义为准。 一、热设计定义、热设计内容、传热方法 1 热设计定义 2 热设计内容 3 传热方法简介 二、各种元器件典型的冷却方法 1 哪些元器件需要热设计
2 冷却方法的选择 3.常用的冷却方法及冷却极限各种元器件典型的冷却方法 4. 冷却方法代号 5 各种冷却方法的比较 三、自然冷却散热器设计方法 1 自然冷却散热器设计条件 2 热路图 3 散热器设计计算 4 多个功率器件共用一个散热器的设计计算 5 正确选用散热器 6 自然冷却散热器结温的计算 7 散热器种类及特点 8 设计与选用散热器禁忌 四、强迫风冷设计方法 1 强迫风冷设计基本原则 2 介绍几种冷却方法 3. 强迫风冷用风机 4. 风机的选择与安装原则 5 冷却剂流通路径的设计 6 气流倒流问题及风道的考虑 7 强迫风冷设计举例(6个示例) 五、液体冷却设计方法
热 设 计 讲 座
热设计讲座 （一）常用词汇和三种传热方式 热设计是设备开发中必不可少的环节。本连载将为大家讲解热设计中的常见词汇，然 后结合习题，学习三种传热方式及各种方式的作用，以及能够简化散热措施相关计算的“热欧姆定律”等。 关于“热”，最重要的定律是“能守恒定律”，因为热也是一种能量。热能出现后不会消失，只能转移到其他物体或转移成其他形式。也就是说，制造散热机构的目的，就是想办法让热尽快转移。水会蒸发但是不会消失，与热类似。下面就以水为例来解释热（图1）。水从水龙头中流出相当于发热，积存的水量（L）相当于热量（J），水位（m）相当于温度（K 或℃）。 图1：用水打比方，思考热的移动 从宏观来看，热是“能量的集合”，可以认为与水相同。热量的单位是“J（焦耳）”，温度（相当于水位）由单位时间产生的热能及其移动量决定，因此，热计算中主要使用的公式是热流量（J/s或W）。 根据能量守恒定律，能量是守恒的，但温度不守恒。守恒意味着加法成立，例如，1J 热量加上1J热量等于2J热量。但另一方面，就像容器改变大小后水位会发生变化一样，温度也会随状态改变，加法自然不成立。 根据守恒守恒定律，热能只能转移，因此，要想实现散热，就必须要把热释放出去。如果水龙头一直出水，容器（图1中的水箱A）的水位就会一直上升，最终灌满整个容器。而散热措施的作用，就是防止水位上升。因此，我们通过用管道将水箱A与其他容器（图1中的水箱B）连接的方法来放水。管道越粗，释放到水箱B里的水就越多，A的水位也就越低。这种对管道的控制就是热设计。 热设计中的常用词汇 电子产品中经常会用到“热阻”（K/W）这个词。在图1的示例中，连接A和B的管道越细，
电子设备热设计
习题1 1. 平壁的厚度为δ，两表面温度分别为t 1和t 2，且t 1＞t 2。平壁材料之导热系数与温度的关系呈线性，即()01t λλβ=+。试求热流密度和壁内温度分布的表达式。 2. 变压器的钢片束由n 片钢片组成，每一钢片的厚度为0.5mm ，钢片之间敷设有厚度为0.05mm 的绝缘纸板。钢的导热系数为58.15W/(m ·℃)，绝缘纸的导热系数为0.116 W/(m ·℃)。试求热流垂直通过钢片束时的当量导热系数。 3. 用稳定平板导热法测定固体材料导热系数的装置中，试件做成圆形平板，平行放置于冷、热两表面之间。已知试件直径为150mm ，通过试件的热流量Φ＝60W ，热电偶测得热表面的温度和冷表面的温度分别为180℃和30℃。检查发现，由于安装不好，试件冷、热表面之间均存在相当于0.1mm 厚空气隙的接触热阻。试问这样测得的试件导热系数有多大的误差？ 4. 蒸汽管道的外直径为30mm ，准备包两层厚度均为15mm 的不同材料的热绝缘层。第一种材料的导热系数λ1＝0.04W/(m ·℃)，第二种材料的导热系数λ2＝0.1W/(m ·℃)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案：⑴第一种材料在里层，第二种材料在外层；⑵第二种材料在里层，第一种材料在外层。哪一种好？为什么？ 5. 导热复合壁，由λ1＝386W/(m ·℃)的铜板，λ2＝0.16W/(m ·℃)的石棉层及λ3＝0.038W/(m ·℃)的玻璃纤维层组成，它们的厚度分别为2.5cm 、3.2mm 和5cm 。复合壁的总温差为560℃，试求单位面积的热流量为多少？ 6. 内径为300mm 、厚度为8mm 的钢管，表面依次包上一层厚度为25mm 厚的保温材料（λ＝0.116W/(m ·℃)）和一层厚度为3mm 的帆布（λ＝0.093W/(m ·℃)）。钢的导热系数为46.5W/(m ·℃)。试求此情况下的导热热阻比裸管时增加了多少倍？ 7. 蒸汽管道材料为铝，导热系数为204W/(m ·℃)，内、外直径分别为86mm 和100mm ，内表面温度为150℃。用玻璃棉（λ＝0.038W/(m ·℃)）保温，若要求保温层外表面温度不超过40℃，且蒸汽管道允许的热损失为φ1＝50W/m ，试求玻璃棉保温层的厚度至少应为多少？
电子产品热设计
目录 摘要： (2) 第1章电子产品热设计概述： (2) 第1.1节电子产品热设计理论基础 (2) 1.1.1 热传导： (2) 1.1.2 热对流 (2) 1.1.3 热辐射 (2) 第1.2节热设计的基本要求 (3) 第1.3节热设计中术语的定义 (3) 第1.4节电子设备的热环境 (3) 第1.5节热设计的详细步骤 (4) 第2章电子产品热设计分析 (5) 第2.1节主要电子元器件热设计 (5) 2.1.1 电阻器 (5) 2.1.2 变压器 (5) 第2.2节模块的热设计 (5) 电子产品热设计实例一：IBM “芯片帽”芯片散热系统 (6) 第2.3节整机散热设计 (7) 第2.4节机壳的热设计 (8) 第2.5节冷却方式设计： (9) 2.5.1 自然冷却设计 (9) 2.5.2 强迫风冷设计 (9) 电子产品热设计实例二：大型计算机散热设计： (10) 第3章散热器的热设计 (10) 第3.1节散热器的选择与使用 (10) 第3.2节散热器选用原则 (11) 第3.3节散热器结构设计基本准则 (11) 电子产品热设计实例三：高亮度LED封装散热设计 (11) 第4章电子产品热设计存在的问题与分析： (15) 总结 (15) 参考文献 (15)
电子产品热设计 摘要： 电子产品工作时，其输出功率只占产品输入功率的一部分，其损失的功率都以热能形式散发出去，尤其是功耗较大的元器件，如：变压器、大功耗电阻等，实际上它们是一个热源，使产品的温度升高。因此，热设计是保证电子产品能安全可靠工作的重要条件之一，是制约产品小型化的关键问题。另外，电子产品的温度与环境温度有关，环境温度越高，电子产品的温度也越高。由于电子产品中的元器件都有一定的温度范围，如果超过其温度极限，就将引起产品工作状态的改变，缩短其使用寿命，甚至损坏，使电子产品无法稳定可靠地工作。 第1章电子产品热设计概述： 电子产品的热设计就是根据热力学的基本原理，采取各种散热手段，使产品的工作温度不超过其极限温度，保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。 第1.1节电子产品热设计理论基础 热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：只要有温差存在，热量就会自发地从高温物体传向低温物体，形成热交换。热交换有三种模式：传导、对流、辐射。它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。 1.1.1 热传导： 气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。非导电固体中的导热通过晶格结构的振动实现的。液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。 1.1.2 热对流 对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中，且必然伴随着有导热现象。流体流过某物体表面时所发生的热交换过程，称为对流换热。 由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。若流体的运动由外力(泵、风机等)引起的，则称为强迫对流。 1.1.3 热辐射 物体以电磁波方式传递能量的过程称为热辐射。辐射能在真空中传递能量，且有能量方
技术讲座--热设计基础
【技术讲座】热设计基础（一）：热即是“能量”，一切遵循能量守恒定律 在开发使用电能的电子设备时，免不了与热打交道。“试制某产品后，却发现设备发热超乎预料，而且利用各种冷却方法都无法冷却”，估计很多读者都会有这样的经历。如果参与产品开发的人员在热设计方面能够有共识，便可避免这一问题。下面举例介绍一下非专业人士应该知道的热设计基础知识。 “直径超过13cm，体积庞大，像换气扇一样。该风扇可独立承担最大耗电量达380W的PS3的散热工作”。 以上是刊登在2006年11月20日刊NE Academy专题上的“PlayStation3”（PS3）拆解报道中的一句话。看过PS3内像“风扇”或“换气扇”一样的冷却机构，估计一定会有人感到惊讶。 “怎么会作出这种设计？” “这肯定是胡摸乱撞、反复尝试的结果。” “应该运用了很多魔术般的最新技术。” “简直就是胡来……” 大家可能会产生这样的印象，但事实上并非如此。 PS3的冷却机构只是忠实于基础，按照基本要求累次设计而成。既没有胡摸乱撞，也不存在魔术般的最新技术。 在大家的印象里，什么是“热设计”呢？是否认为像下图一样，是“一个接着一个采取对策”的工作呢？其实，那并不能称为是“热设计”，而仅仅是“热对策”，实际上是为在因热产生问题之后，为解决问题而采取的措施。
如果能够依靠这些对策解决问题，那也罢了。但是，如果在产品设计的阶段，其思路存在不合理的地方，无论如何都无法冷却，那么，很可能会出现不得不重新进行设计的最糟糕的局面。 而这种局面，如果能在最初简单地估算一下，便可避免发生。这就是“热设计”。正如“设计”本身的含义，是根据产品性能参数来构想应采用何种构造，然后制定方案。也可称之为估计“大致热量”的作业。 虽说如此，但这其实并非什么高深的话题。如果读一下这篇连载，学习几个“基础知识”，制作简单的数据表格，便可制作出能适用于各种情况的计算书，甚至无需专业的理科知识。 第1章从“什么是热”这一话题开始介绍。大家可能会想“那接下来呢”？不过现在想问大家一个问题。热的单位是什么？ 如果你的回答是“℃”，那么希望你能读一下本文。 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“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。
基于Flotherm的某机载设备热仿真分析
基于Flotherm的某机载设备热仿真分析 发表时间：2017-08-08T17:51:37.010Z 来源：《电力设备》2017年第10期作者：李新亮 [导读] 摘要：热设计对提高电子设备运行的可靠性具有十分重要的意义，是电子设备结构设计中的重要环节。 （中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安 710068） 摘要：热设计对提高电子设备运行的可靠性具有十分重要的意义，是电子设备结构设计中的重要环节。本文首先简单介绍了电子设备传热类型，然后利用热分析软件Flotherm通过建立计算模型、边界条件、网格划分等，对某机载设备进行仿真分析，得到了温度分布，为该设备热设计提供理论参考，同时本文对于应用该软件分析其他电子设备热性能具有一定的参考意义。 关键词：电子设备；热仿真分析；Flotherm 1引言 随着电子技术的高速发展，电子设备朝着集成化、设备小型化等方向发展，由此使得电子设备过热的问题越来越突出[1]。研究表明65%的电子设备失效是由温度过高引起的，过热是电子设备损坏的主要形式，严重限制了电子产品性能及可靠性的提高，降低了设备的工作寿命。在产品设计阶段对其进行热仿真，能够确定模型中的温度分布，找出模型中温度最高点，从而改进结构设计，能够有效减少设计费用，缩短设计周期，提高产品的可靠性。 2 电子设备传热 电子设备热传递主要有热传导、对流换热和辐射换热三种方式[2]。热传导，是其于傅里叶定律，一般发生于同一种物质之中的传递；对流，可分为自然换热是流体流过某物体表面时所发生的热交换过程对流和强迫对流，对流一般发生于流体中。辐射是物体以电磁波形式传递能量的过程。 3热仿真分析 热仿真分析就是根据分析对象建立热分析模型，并设定模型各种属性、环境条件、功率大小等因素，模拟计算出温度场等数据，从而对其分析研究[3]。该型设备工作温度为65℃，本文采用热分析软件Flotherm对该型电子设备高温工作时的温度场进行仿真分析。 3.1建模 该机载设备为一密闭电子设备，包括一块PCB处理板及铝合金壳体。PCB处理板上有诸多电子元器件，其中主要器件通过与壳体接触热传递，其余电子元器件通过壳体内空气对流换热将热量传递到铝合金壳体上，壳体再将热量散失到外部环境。在建模过程中，由于PCB 板上电子元器件多而密集，考虑到在保证结果精度的条件下减少计算量和运算时间，需要对印制电路板进行了适当简化，保留功耗和体积较大的元器件[4]；简化后的主要发热器件有射频芯片、FPGA芯片、DSP、电源等，它们的功耗分别为0.8w、3w、1.5w、0.5w。 在NX中按照实际物理模型创建机载设备简化三维模型，保存为STP格式；在flotherm中创建一新工程，将NX中的STP格式文件导入Flotherm中；随后设定求解域、湍流模型、环境条件、赋予发热器件的材料、功耗等属性；最后设置温度监测点。 图2 网格划分图 3.2网格划分 建模完成之后，对模型网格进行划分。为了获得较好的模拟结果，应对大功率发热器件处网格进行局部加密[5]。网格如下图所示：
大功率电子元器件及设备结构的热设计
大功率电子元器件及设备结构的热设计 电子元器件以及电子设备已经在人们生产生活当中的各个领域内所应用。随着电子元器件的集成度越来越高以及功率要求越来越大，因此必然会引起电器元器件的热效应，因此对于大功率电子元器件或电子设备需要进行热设计。文章对大功率电子元器件及设备结构热设计的考虑因素，设计流程及要求以及主要参数计算等均作了简单阐述，可以对研究大功率电子元器件及设备结构的热设计起到积极作用。 标签：大功率；电子元器件；电子设备；热设计 前言 随着现代社会的发展，电子设备已经在人们的生产生活当中得到普遍应用。因此电子设备的可靠性对于人们的生产生活具有十分重要的作用。特别是在一些关键或核心领域，即使是一个小的电子元器件出现问题，都极易可能造成极大的危害。特别是近些年随着硅集成电路的普遍应用，电路的集成得到了成倍的增加，因此各电子元器件或芯片的热量也得到了相应的增加。同时在电子产品小型化，高功率的背景下，电子元器件或电子设备的散热问题就成为了保障设备安全可靠的关键性问题。因此对于现代电子元器件或电子设备若想保持安全可靠性就需要采取科学合理的热设计。 1 大功率电子元器件及设备结构热设计的考虑因素 1.1 大功率电子元器件及设备结构的传热方式 大功率电子元器件及设备结构的传热方式有三种，即导热、对流和辐射。其中导热基本是由气体分子不规则运动时相互碰撞，金属自由电子的运动，非导电固体晶格结构的振动以及液体弹性波产生的。对流则是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中，且必然伴随着导热现象。流体流过某物体表面时所发生的热交换过程称为对流。辐射主要为电磁波一般考察与太阳、空间环境间的传热时才考虑，其辐射传热系数为： 1.2 大功率电子元器件结温 从广义上将元器件的有源区称为“结”，而将元器件的有源区温度称为“结温”。元器件的有源区可以是结型器件的Pn结区，场效应器件的沟道区或肖特器件的接触势垒区，也可以是集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等，默认为芯片上的最高温度。大功率电子元器件的最高结温，对于硅器件塑料封装为125～150℃，金属封装为150～200℃。对于锗器件为70～90℃当结温较高时（如大于50℃），结温每降低40～50℃，元器件寿命可提高约一个数量级。所以对于航空航天和军事领域应用的元器件，由于有特别长寿命或低维护性要求，并受更换费用限制以及须承受频繁的功率波动，平均结温要求低于60℃。
热设计和热分析基础知识培训
热设计和热分析基础知识培训 1 为什么要进行热设计 在许多现代化产品的设计，特别是可靠性设计中，热的问题已占有越来越重要的地位：电子产品：高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。从而导致整个产品的性能下降以至完全失效。这对于无论民用或军用产品都是一个重要问题。 航天产品，如卫星、载人飞船等，对内部温度环境有非常严格的要求；再如宇航员的装备，既要保证宇航员的周围环境，又要灵活、轻便。对于处于宇宙环境中的产品还要考虑超低温的影响等。 建筑方面：环保和节能的要求，冬季的保温和夏季的通风、降温等。各种家电产品自身的热设计和对周围环境的影响。实际上，热设计并不是什么新的东西，在日常生活中，在以往的产品中，都有意无意的使用了热设计，只是没有把它提高到科学的高度，仅仅凭经验在做。比如：在电子产品的设计中，如何合理的布置发热元件，使其尽量远离对温度比较敏感的其它元器件；合理的安排通风器件(风扇等)，通过机箱内、外的空气流动，使得机箱内部的温度不致太高；还有生产厂房中如何合理安排通风和排气设备，以及空调、暖气设备等，以达到冬季的保温和夏季的通风、降温要求，为工人提供一个较为舒适的工作环境。家居方面，则通过暖气、风扇、空调等为居民提供一个较为舒适的生活环境。 各种载人的交通工具，如汽车、火车、飞机等也都需要考虑如何为乘客提供舒适的环境。所有这些，说到底都是与热设计有关的问题，过去要求不高，凭经验就可以基本满足要求。但是，随着技术的进步，要求越来越高，光凭经验就不够了。 1.1 热设计的目的 根据相关的标准、规范或有关要求，通过对产品各组成部分的热分析，确定所需的热控措施，以调节所有机械部件、电子器件和其它一切与热有关的组份的温度，使其本身及其所处的工作环境的温度都不超过标准和规范所规定的温度范围。对于电子产品，最高和最低允许温度的计算应以元器件的耐热性能和应力分析为基础，并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。对于航天产品，必须同时考虑严酷的空间环境(超低温-269。C、太阳辐射、轨道热等) 和内部的热环境，尤其是载人航天器，其热设计的要求也更加复杂和严格，难度也更大。 1.2 热设计的基本问题 1.2.1 发生和耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度； 1.2.2 热量以生热(其它能量形式->热能)、导热、对流及辐射进行传递，每种形式传递的热量与其热阻成反比； 1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数； 1.2.4 所有的热控系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求； 1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决； 1.2.6 热设计中允许有较大的误差–源于各种热条件的不确定性，例如同类电子元器件，其热耗的分散性；空气的湿度使得对流换热的效果有较大不同； 1.2.7 热设计应考虑的因素：包括结构与尺寸、系统各组成部分的功耗、产品的经济性、与所要求的结构和元器件的失效率相应的温度极限、(对于载人航天还要考虑人能忍受的极限条件)、结构和设备、电路等的布局、工作环境(外部环境和内部环境)
热设计
热设计 在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词“**烧了”，这个**有时是电阻、有时是保险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用“坏”而是用“烧”？其原因就是在机电产品中，热失效是最常见的一种失效模式，电流过载，局部空间内短时间内通过较大的电流，会转化成热，热**不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和器件本身。所以电失效的很大一部分是热失效。 那么问一个问题，如果假设电流过载严重，但该部位散热极好，能把温升控制在很低的范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。 由此可见，如果想把产品的可靠性做高，一方面使设备和零部件的耐高温特性提高，能承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）；另一方面是加强散热，使环境温度和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。下面介绍下热设计的常规方法。 我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够，有时又过度散热了，那么何时应该散热，哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评估，热流密度=热量/ 热通道面积。 按照《GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》的规定（如图1），根据可接受的温升的要求和计算出的热流密度，得出可接受的散热方法。如温升40℃（纵轴），热流密度 0.04W/cm2（横轴），按下图找到交叉点，落在自然冷却区内，得出自然对流和辐射即可满足设计要求。
大部分热设计适用于上面这个图表，因为基本上散热都是通过面散热。但对于密封设备，则应该用体积功率密度来估算，热功率密度=热量/ 体积。下图（图2）是温升要求不超过40℃时，不同体积功率密度所对应的散热方式。比如某电源调整芯片，热耗为0.01W，体积为0.125cm3，体积功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3，查下图得出金属传导冷却可满足要求。 按照上图，可以得出冷却方法的选择顺序：自然冷却一导热一强迫风冷一液冷一蒸发冷却。体积功率密度低于0.122W/cm3传导、辐射、自然对流等方法冷却；0.122-0.43W/cm3强
电子设备的热设计
2010-02兵工自动化 29(2)Ordnance Industry Automation ·49·doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2010.02.016 电子设备的热设计 郝云刚1，刘玲2 （1. 中国兵器工业第五八研究所投资管理处，四川绵阳 621000； 2. 中国兵器工业第五八研究所数控事业部，四川绵阳 621000） 摘要：热设计是保证电子设备能安全可靠工作的重要条件。介绍了热力学散热理论，从散热方法的选择以及器 件的布局等方面详细地说明了电子设备结构设计中热设计的基本步骤，介绍了一些新的散热技术与方法。总结得来 的热设计技术和经验对于结构设计有重要辅助作用。 关键词：热设计；对流；散热 中图分类号：O551.3 文献标识码：A Thermal Design of Electronic Equipment HAO Yun-gang1, LIU Ling2 (1. Management Office of Investment, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China; 2. Dept. of CNC Engineering, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China) Abstract: Thermal design is an important condition for electron-equipment’s reliability. Introduce thermodynamic theory about elimination of heat, expound the basic steps of thermal design from how to choose the technique about elimination of heat and the element layout in detail, discuss some new technique and methods about elimination of heat. The theory and experience from practice about thermal design have important assistant effect in configuration design. Keywords: Thermal design; Convection; Elimination of heat 0 引言 电子设备工作时，其输出功率只占设备输入功率的一部分，其损失的功率都以热能形式散发出去，尤其是功耗较大的元器件，如：变压器、功耗大的电阻等，实际上它们是一个热源，使设备的温度升高。因此，热设计是保证电子设备能安全可靠工作的重要条件之一，是制约设备小型化的关键问题。 另外，电子设备的温度与环境温度有关，环境温度越高，电子设备的温度也越高。由于电子设备中的元器件都有一定的温度范围，如果超过其温度极限，就将引起设备工作状态的改变，缩短其使用寿命，甚至损坏，使电子设备无法稳定可靠地工作。 电子设备的热设计就是根据热力学的基本原理，采取各种散热手段，使设备的工作温度不超过其极限温度，保证电子设备在预定的环境条件下稳定可靠地工作。故对其进行研究。 1 理论基础 热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：有温差存在，就有热量的传递。热量传递是一种普遍的自然现象。热传递现象常是不同基本方式的主次组合。这些基本方式包括热传导、热对流和热辐射。 在电子设备的冷却中普遍采用对流方式。对流是固体表面与流体表面间传热的主要方式。功耗首先以传导方式传递到与流体相接触的表面，通过对流传入流体中，然后该流体再流到其他地方。 2 一般热设计步骤 2.1 熟悉元器件的参数 确定元器件的各种参数，如：结温、内阻、标称额定功率、使用功率、耗散功率、满足可靠性指标时的结温以及工作环境的温度范围，先尽量选用耐高温的元器件。 2.2 散热方法的选择 对于一些小型化、高功率密度的元器件来说，由于体积、成本等因素的影响，采用自然风冷作为主要的散热方式，有2个要点： 1) 通过自然对流的方式，将热量从模块外壳和暴露表面传至空气中，热量由元器件间形成的沟道散发到周围的环境中。 2) 通过辐射的方式，将热量从器件的暴露外壳辐射到周围物体表面上。主要依靠自然对流和热辐射来散热，所以器件周围的环境一定要通风良好， 收稿日期：2009-09-04；修回日期：2009-10-30 作者简介：郝云刚（1982-），男，江苏人，助理工程师，2004年毕业于重庆大学，从事投资管理研究。
基于FloTHERM的抗恶劣环境计算机热仿真
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/4615729916.html, 基于FloTHERM的抗恶劣环境计算机热仿真 作者：邓道杰陈奎 来源：《电脑知识与技术》2016年第07期 摘要：抗恶劣环境计算机由于其特殊的工作环境，导致其温升成为影响其可靠性的关键。因此，对计算机的热分析十分必要。该文首先介绍了热分析的原理；其次在FloTHERM建立了机箱的热仿真模型，并从几何建模、参数设置、网格划分、仿真求解、后处理五个方面对仿真过程进行了详细阐述；最后给出了机箱的温度场分布，并对结果进行了分析。 关键词：FloTHERM；机箱；热分析；温度场 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）07-0229-03 Thermal Simulation of Rugged Computer Based on FloTHERM DENG Dao-jie， CHEN Kui Abstract： Due to the special environment of rugged computer， the temperature raise becomes the key factor of its reliability. So it is necessary to make the thermal analysis. In this paper， at first， the principle of thermal analysis is introduced. Then， the thermal model is built in FloTHERM， and the process of simulation is introduced detailedly， that is， geometric modeling， parameters setting， meshing， solve and post-processing. Finally， the temperature field of the chassis are given， and the simulation results are analyzed. Key words： FloTHERM； chassis； thermal analysis； temperature field 抗恶劣环境计算机由于使用环境复杂以及电磁兼容设计的需要，采用了全密封结构[1]， 该结构下，机箱内部部件热传递性能较差，因此温升问题不容忽视。当前，热失效已经成为电子设备的主要失效形式之一。据统计，电子设备的失效有55%是温度超过允许值而引起的。随着电子设备工艺几何尺寸日益缩小，电路系统复杂度增高，电子设备热流密度日趋增加，过高的温升必将严重影响电子产品工作可靠性。如何通过热设计使电子器件在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性成为电子设备可靠性设计中不可忽略的一个重要环节，而热分析则是热设计的基础。 目前，热分析的方法主要有仿真计算和实验测试两种。在产品设计的初级阶段则较多采用仿真计算的方法，从而有效缩短开发周期，降低成本[2]。热分析的仿真计算方法主要有两 种：解析计算和数值计算。解析计算主要是通过将各物理对象简化成不同大小的热阻，建立集
电子产品热设计方案规范
电子产品热设计规范 1概述 1.1 热设计的目的 采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。 1.2 热设计的基本问题 1.2.1 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度； 1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比； 1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数； 1.2.4 所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求； 1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决； 1.2.6 热设计中允许有较大的误差； 1.2.7 热设计应考虑的因素：包括 结构与尺寸 功耗 产品的经济性
与所要求的元器件的失效率相应的温度极限 电路布局 工作环境 1.3 遵循的原则 1.3.1热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互兼顾; 1.3.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准; 1.3.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中长期正常工作。 1.3.4 每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热要求； 1.3.5 在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比元件的故障率低； 1.3.6 在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过程中因工况发生变化而引起的热耗散及流动阻力的增加。 1.3.7 热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转速风扇等可靠性高的冷却方式。使用风扇冷却时，要保证噪音指标符合标准要求。 1.3.8 热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体积最小、成本最低。 1.3.9 冷却系统要便于监控与维护 2热设计基础
用flotherm对简单的封闭式设备进行热仿真
用flotherm4、2对简单的封闭式设备进行热仿真 一设备介绍 1.1设备概述 该设备为一台工业级的电子设备,用途不祥,型号不祥。 1、2 设备特征 图1、1 A型机外型图 1)设备的大小为423mm(W)×88mm(h)×370mm(L); 2)设备为密封式设备,密封程度防雨淋; 3)机壳用铝合金(2A12)焊接而成,壳体与壳盖选择在整机的上部分分型,搭接面填充的 非导热材料; 4)机壳的两个侧板与盖板均铣有散热槽。 二设备组成与工作环境 2、1 设备内部结构图
图2、1 A型机内部构造图 2、2 内部特征 1）内部组成 设备由三个模块组成,即主板、控制板、电源模块。控制板通过板间连接器扣在主板的上方。 2）模块功耗 设备的整机设计功耗为50W,实测功耗为35W,其中各个器件的设计功耗如下表所列: 序号名称功耗所在位置数据来源 1 主板2 2 实测值 2 控制板 4 实测值 3 电源10 计算值 4 芯片110 11 主板中心,Top 设计值 5 芯片1145 3 主板右下角,Top 设计值 6 芯片8245 3 控制板中心,Top 设计值 7 电源模块8 电源中心,Bottom 经验值 表2、1 功耗列表 2.3散热方法
图2、2 A 型机内部散热图 1) 用110导热板将芯片110的热量传导至机壳底板上; 2) 用8245导热板将芯片8245的热量传导至机壳侧壁上; 3) 在1145上放置一个铝材散热片; 4) 电源模块直接贴在机壳底板上,通过机壳底板散热; 5) 导热板的材料采用合金铝(3A12),采用折弯成型方法; 6) 铝表面之间采用厚度为1mm 的导热膜导热,接触压力由连接螺钉的紧固力产生; 7) 铝表面与芯片表面采用厚度为1mm 的导热膜导热,导热膜的变形量为0、7,从而产生接 触压力; 8) 除与接触接触位置的表面粗糙度为3、2外,其余均为12、5。 2、4 工作环境 1) 设备的工作温度上限为55℃; 2) 设备所处环境的空气会有不同程度的紊流。 三 仿真过程中的参数设置 3、1 环境参数 1) 求解范围:600mm(W)×200mm(h)×50mm(L)机箱尺寸,设备位于求解区中心; 2) 环境温度 :55℃; 3) 空气导热率:10 W/m^2K 【停滞空气的导热率为5 W/m^2K 】 3、2 建立模型
用flotherm对简单的封闭式设备进行热仿真]
用flotherm4.2对简单的封闭式设备进行热仿真 一设备介绍 1.1设备概述 该设备为一台工业级的电子设备，用途不祥，型号不祥。 1.2 设备特征 图1.1 A型机外型图 1)设备的大小为423mm（W）×88mm（h）×370mm（L）； 2)设备为密封式设备，密封程度防雨淋； 3)机壳用铝合金（2A12）焊接而成，壳体和壳盖选择在整机的上部分分型，搭接面 填充的非导热材料； 4)机壳的两个侧板与盖板均铣有散热槽。 二设备组成与工作环境 2.1 设备内部结构图
图2.1 A型机内部构造图 2.2 内部特征 1）内部组成 设备由三个模块组成，即主板、控制板、电源模块。控制板通过板间连接器扣在主板的上方。 2）模块功耗 设备的整机设计功耗为50W，实测功耗为35W，其中各个器件的设计功耗如下表所列： 2.3散热方法
图2.2 A 型机内部散热图 1) 用110导热板将芯片110的热量传导至机壳底板上； 2) 用8245导热板将芯片8245的热量传导至机壳侧壁上； 3) 在1145上放置一个铝材散热片； 4) 电源模块直接贴在机壳底板上，通过机壳底板散热； 5) 导热板的材料采用合金铝（3A12），采用折弯成型方法； 6) 铝表面之间采用厚度为1mm 的导热膜导热，接触压力由连接螺钉的紧固力产生； 7) 铝表面和芯片表面采用厚度为1mm 的导热膜导热，导热膜的变形量为0.7，从而产生 接触压力； 8) 除与接触接触位置的表面粗糙度为3.2外，其余均为12.5。 2.4 工作环境 1) 设备的工作温度上限为55℃； 2) 设备所处环境的空气会有不同程度的紊流。 三 仿真过程中的参数设置 3.1 环境参数 1) 求解范围：600mm （W ）×200mm （h ）×50mm （L ）机箱尺寸，设备位于求解区中心； 2) 环境温度：55℃； 3) 空气导热率：10 W/m^2K 【停滞空气的导热率为5 W/m^2K 】 3.2 建立模型
产品的热设计介绍
本课程详细讲述了风路的设计方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势。 为什么要进行热设计？ 高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。 温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降，一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC 增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。 介绍 热设计的目的 控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。 在本次讲座中将学到那些内容 风路的布局方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势。 授课内容 风路的设计方法 20分钟 产品的热设计计算方法 40分钟 风扇的基本定律及噪音的评估方法 20分钟 海拔高度对热设计的影响及解决对策 20分钟 热仿真技术、热设计的发展趋势 50分钟 概述 风路的设计方法：通过典型应用案例，让学员掌握风路布局的原则及方法。 产品的热设计计算方法：通过实例分析，了解散热器的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法。 风扇的基本定律及噪音的评估方法：了解风扇的基本定律及应用；了解噪音的评估方法。 海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔高度对风扇性能的影响、海拔高度对散热器及元器件的影响，了解在热设计如何考虑海拔高度对热设计准确度的影响。 热仿真技术：了解热仿真的目的、要求，常用热仿真软件介绍。 热设计的发展趋势：了解最新散热技术、了解新材料。 风路设计方法 自然冷却的风路设计 设计要点 ?机柜的后门(面板)不须开通风口。 ?底部或侧面不能漏风。 ?应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。 ?机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间。
电子设备热设计实验4
实验四热管换热器测试（选做） 一、实验目的 1.了解热管换热器实验台的工作原理； 2.熟悉热管换热器实验台的使用方法； 3.掌握热管换热器换热量Φ和传热系数K的测量和计算方法。 二、实验台结构及原理 1 6 11—热段风机 热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算换热器的换热量Φ和传热系数K。 三、实验台参数 1.冷段出口内径：直径D=61mm 2.热段出口尺寸：长158mm。宽70mm 3.冷段传热表面参数：
翅片管长280mm 钢管直径20mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 4.热段传热表面参数： 翅片管长280mm 钢管直径20mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 5.笛形管修正系数（用于毕托管测量风速） 热端：动压修正系数ξ=0.845 流量修正系数α=0.925 冷端：动压修正系数ξ=0.943 流量修正系数α=0.980 6.换热器面积：A=5.06 m2 四、实验步骤 1.接通电源； 2.打开冷、热段风机； 3.将工况开关按在“加热Ⅰ”位置(Ⅰ—450W)，此时电加热器开始工作； 4.用热线风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速（为使测量工作在风道温 度不超过40℃的情况下进行，必须在开风机后立即测量）。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书； 5.待工况稳定后（约10分钟），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量工况 Ⅰ的冷热段进出口温度（参看实验台结构图）；同时根据加热电流和电压计算出加热功率； 6.将工况开关按在“加热Ⅱ”位置(Ⅱ—1000W)，重复上述步骤，测量工况Ⅱ 的冷热段进出口温度； 7.实验结束后，切断所有电源。 五、实验数据的整理 将实验测得的数据填入下表中：
电子设备热设计研究_陈恩
文章编号:ISSN1005-9180(2009)03-0053-06 电子设备热设计研究 陈 恩 (合肥通用机械研究院,合肥230031) [摘要]本文介绍了电子设备热设计的基本原则、手段以及典型的冷却形式,分析各类新型电子设备散热技术和应用情况,探讨了未来电子设备散热技术发展的方向。 [关键词]电子设备;热设计;冷却 [中图分类号]TN8 [文献标识码]A The Heating Design Study of Electronic Equipment CHEN En (Hefei General Machinery Research Institute,Hefei230031,China) Abstract:This article introduces the basic principle、means and typical cooling form for heating design of electronic e-quipment,and analyses the emitting heat technical and application status of all kinds of new electronic equipment,more-over,this article discusses the developing direction for emitting heat technical of electronic equipment. Keywords:Electronic equipment;Heating design;Cooling 1 引言 任何电子设备均处于一定的环境条件下生产、运输、储存和使用,温度对电子设备的影响尤为重要。高、低温及其循环会对电子设备中大多数电子元器件产生严重影响,它会导致电子元器件的失效,进而影响整个电子设备的失效,这一点在大功率的电子设备上表现最为突出。有资料表明,电子设备的失效有55%是由温度引起的。而且,著名的“10℃法则”也指出:半导体器件的温度每升高10℃,其可靠性就会降低50%。随着电子元器件的小型化、微小型化,集成电路的高集成化和微组装,元器件、组件的热流密度不断提高,热设计也正面临严峻的挑战。现代电子设备热设计以传热学和流体力学为基础,结合电子设备电讯和结构的实际情况,辅以先进的软件仿真研究和热测试的手段,通过选择合适的冷却形式,为电子设备创造出一个良好的工作环境,确保发热元器件、整机或系统在允许的温度下能够稳定可靠的工作。 2 电子设备热设计基本原则 热设计的总原则是自热源至环境之间,提供一条尽可能低的热阻通路,其目的是控制热点温度,使之在允许的温度范围内工作,以便满足电子设备可靠性的要求。为了保证电子设备的可靠性,热设计一直作为整个设计过程中的重要步骤。在进行电子设备热设计时,应结合电子设备本身的实际情况,从以下几个方面加以考虑: (1)冷却系统具有良好的冷却功能。保证电子设备内需要进行热控设计的电子元器件能够在规定的环境(尤其是高温高湿环境)中正常的工作。 (2)冷却系统具备高可靠性。冷却系统的可靠性指标应大于等于电子设备分配给冷却系统的可靠性指标要求。冷却系统中的元器件的可靠性指标应 收稿日期:2009-2-18;修回日期:2009-3-29 作者简介:陈恩(1978-),男,从事特种冷却系统、电子设备冷却装置研发工作。E-mail:icecn@s ina.co m