江苏龙网

  1. 主页 > 生活百科 > >

热阻、器件热特性 热传递的三种方式


热阻、器件热特性 热传递的三种方式

文章插图
三种传热方式(热阻、设备热特性)
传热方式有三种:热传导、对流传热和辐射传热 。在电子设备散热过程中，这三种方式都会发生 。三种传热方式传递的热量分别由以下公式计算 。
傅立叶热传导公式:Q=A(Th-Tc)/
牛顿对流传热公式:Q = A(Tw-泰尔)
辐射的四次方定律:Q=5.67e-8*A(Th4-Tc4)
其中，，和分别为导热系数、对流传热系数和表面发射率，A为传热面积 。
热传递的三种基本方式
热传导
当物体各部分之间没有相对位移时，分子、原子、自由电子等微观例子热运动产生的热量称为热传导 。例如，固体内部的热传递和不同固体之间通过接触面的热传递都是热传导现象 。热量主要通过热传导传递到芯片外壳的外部 。

热传导过程中传递的热量根据傅立叶热传导定律计算:
Q=A(Th-Tc)/
其中包括:
a为垂直于传热方向的面积，单位为m2；
Th和Tc分别是高温和低温的温度，
是两个面之间的距离，单位为m 。
是材料的导热系数，单位为W/(m*℃),表示材料的导热系数 。一般来说，固体的导热系数大于液体，液体的导热系数大于气体 。例如，在室温下，纯铜的导热系数高达400 W/(m*℃),纯铝的导热系数为236 W/(m*℃),水的导热系数为0.6 W/(m*℃),而空气体的导热系数仅为0.025W/(m*℃)左右 。铝的导热率高，密度低，所以散热器基本都是铝合金的 。但在一些大功率芯片散热中，为了提高散热性能，往往采用铝散热器内嵌铜块或铜散热器 。

热对流
对流换热是指运动的流体流经不同温度的固体表面时，与固体表面之间的热交换过程，是通信设备散热中应用最广泛的换热方式 。根据流动原因的不同，对流传热可分为强制对流传热和自然对流传热 。前者是由泵、风扇或其他外部动力源引起的，后者通常是由流体本身的不均匀温度场引起的不均匀密度场引起的，这样产生的浮力就成了运动的原动力 。
机柜中常用的风扇冷却散热是最典型的强制对流传热 。在最终产品中，主要是自然对流换热 。自然对流散热分为大空自然对流(如终端外壳与外界空空气换热)和有限空自然对流(如终端内单板与终端内空空气) 。值得注意的是，当端子外壳与单板之间的距离小于一定值时，就不能形成自然对流 。比如手机的单板和外壳，只以空气体为介质导热 。

根据牛顿冷却定律计算对流传热的热量:
q = hA(Tw-泰尔)
其中包括:
a为垂直于传热方向的面积，单位为m2；
Th和Tc分别是固体壁和流体的温度，
h为对流换热系数，自然对流时在1 ~ 10w/(℃* m2)数量级，实际应用中一般不超过3 ~ 5w/(℃* m2)；发生强制对流时，传热系数在10 ~ 100 W/(℃* m2)数量级，实际应用中一般小于30W/(℃*m2) 。
热辐射
辐射是通过电磁波传递能量的过程 。热辐射是物体温度高于绝对零度时发出电磁波的过程 。两个物体之间通过热辐射传递热量称为辐射热交换 。物体的辐射力计算公式为:
E=5.67e-8T4
表面间热辐射的计算极其复杂，其中面积相同且相对的两个表面间辐射换热的最简单计算公式为:
q = A * 5.67 e-8/(1/h+1/c-1)*(Th4-Tc4)
公式t指的是物体的绝对温度值=摄氏温度值+273.15；是表面的黑度或发射率，取决于材料的种类、表面温度和表面状况，与外界条件或颜色无关 。抛光铝面黑度0.04，氧化铝面黑度0.3，漆面黑度0.8，雪黑度0.8 。
由于辐射换热不是线性的，当环境温度升高时，在终端温度与环境相同的温差下，会散发更多的热量 。
塑料外壳表面喷漆，PWB表面绿油，表面黑度可达0.8，都有利于辐射散热 。对于金属外壳，可以进行一些表面处理，提高黑度，增强散热 。
关于辐射散热最大的一个误区就是黑色可以增强散热，通常是通过散热器表面黑色处理来促进散热 。事实上，当物体温度低于1800℃时，显著热辐射波长位于0.38~100m之间，大部分能量位于0.76~20m m的红外波段，在可见光波段，热辐射能量所占比例并不大 。颜色只与可见光吸收有关，与红外辐射无关 。夏天，人们穿浅色衣服，以减少对阳光中可见光辐射的吸收 。因此，终端的内部可以随意涂上各种颜色的油漆 。
热阻的概念
转换热传导和对流传热公式；
傅立叶热传导公式:q = a (th-TC)/q = (th-TC)/[/(a)]
牛顿对流传热公式:Q = A(Tw-泰尔)Q =(Tw-泰尔)/(1/A)
在传热过程中，温差是过程的驱动力，类似于电学中的电压，换热量是要传递的量，类似于电学中的电流，所以上式中的分母可以用电学中电阻的概念理解为导热过程的电阻，称为热阻，单位为℃/W，其物理意义是传递1W的热量需要多大的温差 。在热设计中将热阻标记为r或 。/(A)为导热阻力，1/A为对流传热阻力 。器件的Rjc和Rja热阻一般在器件的数据中提供，Rjc是结到器件外壳的导热系数；Rja是器件结壳热导率与壳壳和外部环境之间对流传热阻力之和 。这些热阻参数可以根据实验测试得到，也可以根据器件的详细内部结构计算得到 。根据这些热阻参数和器件的热损耗，可以计算出器件的结温 。


推荐阅读


上一篇：怎么彻底拦截电脑弹窗广告-一个软件教你搞定-拦截广告弹窗电脑软件-

下一篇：张飞的两个女儿嫁给了谁?关羽和张飞有没有儿子