电子元器件自然对流散热器的设计探讨

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2005 Fluent 中国用户大会论文集

电子元器件自然对流散热器的设计探讨
王超 （西南电子设备研究所成都 610036）
摘　要：对于低热流密度小功率发热电子元器件的散热，设计者总是优先采用自然对流的方式来进行，此类散热器的选型和
设计大部分都是参照标准或者设计者的经验来完成。随着数值传热学的发展和热分析软件的不断完善，使得利用软件对散热
器进行优化设计和分析成为可能。利用热分析软件Icepak 对散热器的不同结构参数、不同安装方式、不同材质的计算结果
表明：在自然对流条件下，低热流密度小功率元器件散热器的最佳翅片间距大约在6mm 左右；对于垂直安装的散热器，在
气流方向上对翅片分段可能会降低散热效果；对于水平安装的散热器，采用分段的翅片可以增加对流换热效果；采用铝材和
铜材制造散热器，其散热性能相差无几。
关键词：自然对流 散热器 Icepak
1. 引 言
自然对流散热是最原始也是最可靠的散热方式之一，由于不需要额外的能源、无噪音、可靠性高，这种散热方式总是被设计者优先采用。随着电子设备小型化、模块化的发展，自然对流散热的空间变得越来越小，而且热流密度已经超过一些文献提供的上限值（0.05W/cm2）[1]。对电子器件而言，往往是几度的温度差别对可靠性和性能指标影响都比较大，这样，对散热器的设计要求越来越高。
对于一些常用的电子元器件，电子行业还制定了散热器的相关标准，包括散热器的结构参数、热阻、加工工艺等等。长期以来，对于此类散热器的选型和设计大部分都是参照标准或者设计者的经验来完成，一方面这是由于散热器标准是前人的经验和实验总结[2]，对设计者而言不需要太多的专业基础就可以完成散热设计，主要的原因还是自然对流散热器的设计计算比较复杂，要做到简单满意的分析计算比较困难。
如果研究一个换热器或者优化一个换热系统都按照“设计—样机—测试—优化”的方法进行，无论是从设计周期还是研制成本都不允许。近年来，随着数值传热学的发展和热分析软件的不断完善，使得对一些复杂几何形式和复杂换热现象的传热问题的求解变得简单方便，而且能保证较高的计算精度，这样就为散热器的优化设计提供了可行的手段。

对于文中最佳间距是6的我有点不赞成，还有最高温度是散热器同一点温度吗，是散热器底座还是取不同间距就看最高点温度。
还有在自然对流情况下，大空间的对流比狭窄空间的散热强吧，这样的话，在不同高度下，最佳间距都是6左右，文中还提到间距比高度小于0.28的时候就不是大空间自然对流了。所以我对最佳间距是6有点疑惑。有谁能指点下？

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