10 散热器 111
10.1 散热器各个方面111
10.1.1 翅片高度 111
10.1.2 自然对流情况下翅片优化 112
10.1.3 强迫对流情况下散热器 112
10.2 Flotherm中散热器建模113
10.2.1 详细散热器模型 113
10.2.2 简化散热器模型 113
10.2.3 风扇＋散热器 113
10.3 小型散热器实验研究114

10 散热器
10.1 散热器各个方面
10.1.1 翅片高度

来源：M. Wutz: Warmeabfuhr in der Elektronik. Vieweg Verlag (1991)
 
出于经济性的考虑翅片高度不应该太高，也就是所谓的翅片效率：

当 m*H=0.5时， ηfin＝90％。如果再增加翅片高度，翅片效率将缓慢的趋向于1。

10.1.2 自然对流情况下翅片优化
来源：R.E. Simons, “Estimating natural convection heat transfer for arrays of parallel flat plates”, Electronics Cooling Magazine 8 (1) (2002)
我们必须对翅片高度进行合理的设计，否则在大量浪费材料同时也没有很好的散热温度。翅片的间距很重要，如果翅片间距太大则相应的表面积较小，如果翅片间距太小则气流的阻力比较大。如果翅片长度比较大，则翅片间距不能太小。
在自然对流、翅片和空气温差为10K（虚线），50K（实线）情况下，最优化翅片间距和翅片长度的关系
从上图中可以看出，通常最优化的翅片间距为 。

10.1.3 强迫对流情况下散热器
来源：R.E. Simons, „Estimating Parallel plate-fin heat sink thermal resistance“. Electronics Cooling Magazine  9 (2) (2003)
下图是对于一个长宽高分别为 IGBT元件，在不同风速下其散热器热阻随翅片数和翅片间流速的变化。对于强迫对流的散热器，最终还是要有足够的风量，相对而言散热器的翅片间距不是特别重要。
10.2  Flotherm中散热器建模
10.2.1 详细散热器模型

可以使用Flotherm中的Heat Sink元件方便的构建详细的散热器模型。建议翅片间的网格数为3～5。
另外也可以通过访问制造商的网站获取相关的模型。

10.2.2 简化散热器模型
简化散热器模型采用一个体积阻尼和热交换系数来替代翅片所占据的空间。因此所采用的网格数量相对较少。这个模型假设处于充分发展湍流流动。但是这个模型不适用于圆柱形翅片（Pin fin）和塑料材质的散热器。
建议：可以使用详细模型的计算结果来验证简化散热器模型的计算结果。
更详细的信息可以参阅：flotherm.com -> User Support -> April 5th 2000

10.2.3 风扇＋散热器
下图为搭载了一个或两个风扇的散热器。它们是常用的功率器件散热器。为了使空气流动更均匀，在散热器入口处需要一个压力平衡腔。
 
左图： 2000W高热功耗的功率器件。蓝色的盒子是压力平衡腔。右图：是散热器仿真结果在Z方向上一半处的温度截面图

为了精确的计算空气流过散热器的压力降，在散热器翅片间必须有4～5个网格。
两种散热器的实验（彩色记号）结果和Flotherm仿真结果（黑色记号）

10.3 小型散热器实验研究
来源：T. König, M. Meier „IR Thermographie von Kuhlkorpern“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2007)
为了确定散热器随热功耗变化的热阻特性，我们采用了红外摄像仪。分别测量水平安装和垂直安装的散热器。
 
实验设置从左至右：电源、散热器、红外摄像仪、笔记本电脑
测试以下散热器：
SK 114 50 SA 长：50 mm
SK 481 50 SA 长：50 mm
SK 514 50 SA 长：50 mm
SK 459 50 SA 长：50 mm
SK 129 50，8 STS 长：50，8mm
ICK S 50X50X20
测试结果和Data Sheet上数据能够很好的吻合。
特别注意SK514散热器，其翅片上还进行了加工。在所有的安装形式中（垂直、水平、PCB板），可以发现表面不进行褶皱处理的散热器效果并不差。表面不进行褶皱处理散热器大约可以节省30％的材料费用。
  
Fischer SK514（50mm）侧面图和有褶皱（方块）与无褶皱（菱形）在水平放置情况下的实验结果

Flotherm资料下载: 使用Flotherm进行电子散热仿真过程中涉及的物理学原理.pdf

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