散热分析论文范文

散热分析论文范文（精选12篇）

散热分析论文 第1篇

1 层叠结构

在实际的生产设计中, 主流印制电路板的介质材料是FR-4——环氧玻璃布基, CORE由FR-4与铜箔的压合制作而成。由于FR-4本身的导热率非常低, 电路板上的热量主要是依靠铜箔传递开。因此, 选择4层电路板作为典型仿真模型, 通过Icepak软件对每一层FR-4和铜箔进行单独建模, 具体的模型参数为:4层单板, 板厚为1.6mm, 铜箔的厚度均为1OZ, 各层的铜箔面积均相等并与介质材料面积比为1:2, 板上的芯片功率定为2W。图1为仿真的模型图。

如图1所见, 中间的粉色小块为芯片模型, 橙色为铺铜, 外面的粉色为介质材料FR-4, 其中铺铜和介质材料是一层叠一层, 共4层铜箔和3层FR-4相叠。

通过仿真后得到图2仿真温度分布图。

如图2可见, 铜箔所在区域温度明显要低于FR-4且整个电路板的温度最高点集中在芯片四周。为了分析不同铜层的散热情况, 分别分析了4层铜层的温度分布图, 见下面4张图。

列出各铜层的温度差如下:

第一层:51.61-33.36=18.25℃

第二层:50.67-33.26=17.41℃

第三层:44.79-33.28=11.51℃

第四层:44.52-33.39=11.13℃

通过对以上各层温度的仿真图和热阻的对比, 我们发现:总的趋势从1层开始到4层, 最高温度逐渐下降, 热阻减少, 表明发热器件的温度在纵向导热不是很好, 而1, 2层铜箔和3, 4层铜箔的温度分布基本差不多, 但是2, 3层之间的温度差的比较大, 也进一步表明之所以出现这样的情况是由于铜箔之间的介质材料FR-4的存在, 由于层叠结构的关系, 出现厚度不同, 导致2, 3层的导热不好, 温度差别有点大。

2 铜箔面积

2.1 以芯片为中心铺铜仿真

通过上一节中对层叠结构进行了一系列的仿真分析, 得出在器件面的铜箔对散热效果作用比较重要, 但是那究竟在芯片底下铺多大的铜箔对散热效果好呢?由于受到板上布局布线的影响, 我们不可能随心所欲的铺铜, 所以找到一个中间的平衡点是非常重要的。因此, 本节我研究的主题是散热铜箔面积对散热效果有什么影响。

将这次试验分为5组, 仿真模型采用上篇的铜箔加介质材料FR-4的混合模型, 为4层板结构, 芯片模型的焊盘面积为S=12mm*12mm, 分5组取S, 2S, 3S, 4S, 8S的铺铜面积, 在只改变铜箔面积的情况下进行仿真分析散热结果。

仿真结果如下图:

根据以上仿真图, 整理出如下曲线图, 横轴为面积比, 纵轴为芯片最高温度。

如图13所示, 随着铺铜面积的增大, 芯片最高温度逐渐下降, 但是从3到8这段曲线变化不大, 可以得知, 当铺铜面积从S增大到3S这一阶段, 温度下降最明显, 之后趋于平缓, 因此, 在有限的板上空间, 为了尽量减少器件的温度, 应该适当增大芯片底下的铺铜面积, 并以3为最大限度。

以上结论, 是我在基于芯片周围无其他器件, 即芯片位于铜箔的中心, 得出的趋势图, 但这并不足以支持我们在单板设计中的铺铜, 由于器件布局布线的影响, 我们常常无法做到像仿真中的理想情况, 因此, 我决定探究热在芯片四周延直线方向传导的情况, 以作为单板设计中芯片四周各个方向铺铜量的参考。

2.2 器件单边延伸铺铜仿真

将铜箔面积为2S的铺铜调整了下位置, 如图14所示, 即将多出来的S延一边延伸。

得出仿真结果温度分布图如下:

相比较刚才以芯片为中心的位置方式, 芯片温度增加了2.65℃, 可见, 相同面积的铜箔由于铺的位置不同, 达到的散热效果也是不同的。为了进一步研究, 单边延伸情况下, 延伸多少量能达到最好的散热情况, 我进行了以下的仿真试验。

根据单边延伸量的不同将试验分为5组, 分别为0, 0.5S, S, 1.5S, 2S, 整理后得到如下曲线图:

通过图16可知, 总体的温度趋势还是随着延伸量的增加而减少, 但是在延伸比从0增加到1这段曲线中, 下降趋势比较明显, 再往后趋于平缓。

3 结束语

通过以上对单板散热因素的仿真分析, 我们不难得出以下结论:

(1) 在PCB单板中, 横向导热率要比纵向要大很多, 这是由铜箔和FR-4的导热率决定的;在条件允许的情况下, 应该优先增加跟发热面接近的铜箔层的含量, 这一结论与我们的经验相符合。

(2) 在单板设计过程中, 尽量保证铜箔在器件底下每个方向都有延伸, 如果在条件允许的情况下, 可以以器件底部为中心, 四周铺铜面积3倍焊盘为最优量;但在一些特殊封装比如TO263-5以及带底部焊盘的QFP封装中, 往往无法做到四周都能铺上大量的铜, 这时候在各个方向铺铜的延伸量以延伸比1为最优量。

参考文献

[1]蔡云枝.印制电路板的可靠性设计[J].电子产品可靠性与环境试验, 2003 (4) .

[2]徐晓婷, 朱敏波, 杨艳妮.电子设备热仿真分析及软件应用[J].电子工艺技术, 2006 (5) .

[3]姜青龙, 胡志刚.印刷电路板温度-应力耦合场有限元分析[J].电子产品可靠性与环境试验, 2009 (1) .

散热器・什么是散热方式 第2篇

散热方式是指该散热器散发热量的主要方式。在热力学中，散热就是热量传递，而热量的传递方式主要有三种：热传导，热对流和热辐射。物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式。比如，CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量的方式就属于热传导。热对流指的是流动的流体(气体或液体)将热带走的热传递方式，在电脑机箱的散热系统中比较常见的是散热风扇带动气体流动的“强制热对流”散热方式。热辐射指的是依靠射线辐射传递热量，日常最常见的就是太阳辐射。这三种散热方式都不是孤立的，在日常的热量传递中，这三种散热方式都是同时发生，共同起作用的。

实际上，任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重点不同罢了。比如普通的CPU风冷散热器，CPU散热片与CPU表面直接接触，CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片;散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走;而机箱内空气的流动也是通过热对流将 CPU 散热片周围空气的热量带走，直到机箱外;同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。

散热器的散热效率散热器材料的热传导率，散热器材料和散热介质的热容以及散热器的有效散热面积等等参数有关。

依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动散热和被动散热，前者常见的是风冷散热器，而后者常见的就是散热片。进一步细分散热方式，可以分为风冷，热管，液冷，半导体制冷，压缩机制冷等等。

风冷散热是最常见的，而且非常简单，就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装简单等优点，但对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。

热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的.蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性，因而可控制管壁温度，避免露点腐蚀。

液冷则是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。但热管和液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些。

汽车散热器材料应用的分析 第3篇

【关键词】汽车散热器;材料应用

汽车发动机大多采用强制循环式水冷系统。散热器是汽车发动机冷却系统中起核心作用的部件。散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果,进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会产生很大影响。随着汽车发动机性能的不断强化,热负荷愈来愈高,对冷却系统的要求也越来越高,人们对包括散热器在内的发动机冷却系统的研究愈加重视,新技术、新材料不断涌现,在保证散热器具有足够散热能力和强度的前提下,体积更小、重量更轻、散热效率更高成了散热器发展的必然趋势。

１．散热器结构型式及其对材料要求

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。理想的散热器应具有尺寸小、重量轻、制造工艺简单、结构可靠耐久、散热性能好、风阻小等优点。

1.1散热器及其芯部的结构型式

汽车散热器的结构型式可分为直流型和横流型两大类。直流型散热器的进出水室分别位于散热器芯部的上下方,由于散热器芯部垂直布置,因而高度尺寸较大。直流型散热器是大多数汽车发动机采用的型式,如桑塔纳1.8 L、奥迪1.8 L、富康1.36 L等轿车发动机均采用了直流型散热器。横流型散热器采用散热器芯部水平布置,用左右两侧的水室替代上下结构的水室,冷却液水平流动。这种散热器水平尺寸大,在一些发动机罩盖较低的车型上应用,如国产依维柯轻型车等。

散热器芯部应具有足够的通流面积,让冷却液通过;同时也应具备足够的空气通流面积,让足量的空气通过以带走冷却液传给散热器的热量;还必须具有足够的散热面积,来完成冷却液、空气和散热片之间的热量交换。因此,散热器芯部是散热器不可缺少的核心部件,起主要的散热作用。

散热器芯部的结构型式主要有管片式和管带式两大类。

管片式散热器芯部是由许多细的冷却管和散热片构成,冷却管大多采用扁圆形截面,以减小空气阻力,增加传热面积。据测算,扁圆铝管的散热效率可比圆铝管提高20%~25%。为了强化冷却效果,在冷却管外套上布置了许多金属散热片,以增加空气传热面积和提高散热器本身的刚度和强度。管片式散热器散热面积大、气流阻力小、结构刚度好和承压能力强,但制造工艺比较复杂,多用于工况较差的载重车辆及工程机械上。

管带式散热器是由波纹状散热带和冷却管相间排列经焊接而成。与管片式散热器相比,管带式散热器在同样的条件下,散热面积可以增加12%左右。另外,散热带上开有扰动气流的类似百叶窗的孔,以破坏流动空气在散热带表面上的附着层,提高散热能力。开百叶窗波状带的散热器传热效率同普通平片散热片相比可提高160%。由于这种形式的散热效果好,便于制造,质量轻,故被广泛采用,但其结构强度和刚度不如管片式,多用于轿车及轻型车辆上。

1.2散热器对材料的要求

散热系数是评价散热器散热性能优劣的重要参数,影响因素众多,其中散热器材料的导热性能和焊接质量对其影响很大。提高散热系数可以改善散热效能,使散热器以较小的尺寸和质量达到上佳的散热效果。因此,导热性能对散热器材料至关重要。

散热器的工作条件恶劣,一般位于汽车前端迎风处,不仅要经受风吹雨淋和汽车排出的废气以及沙土、泥浆的污染,而且还要承受反复的热循环和周期性振动。另外,散热器内长期流动着冷却液,其中可能混有腐蚀性及有害的成分,对散热器有锈蚀及腐蚀作用。因此,为保证散热器可靠的发挥散热作用,对散热器材料性能有如下要求:

(1)具有良好的导热性能。

(2)具有一定的强度和较强的耐腐蚀性。

(3)良好的加工性能及钎焊性能。

(4)良好的经济性。

2.常用散热材料

目前,常用的散热器材料主要有铜、铝和工程塑料等。

2.1铜

铜是重要的有色金属,也是导热性最好的金属材料,具有优良的成型加工性、可钎焊性和耐蚀性,长期以来一直作为汽车散热器的首选材料。铜的资源问题和价格问题一直是困扰铜散热器应用的主要原因。铜在工业上应用极为广泛。随着工业的不断发展,铜的消耗量日益增加,但因铜储量有限,随着消耗量的不断上升,价格居高不下,因而铜散热器的成本一直难以大幅下降。

2.2铝

随着汽车技术的发展,节约能源和环境保护等方面的原因对汽车轻量化的要求越来越迫切。汽车材料的发展趋势是轻量化、高性能和强功能,散热器材料也是这样。人们一直在寻找价格低廉、性能优良的材料来取代铜。近十几年来,散热器新材料的应用有了很大的进展,尤其是在铝散热器方面发展速度很快。

铝是汽车工业使用较多的金属材料,也是汽车轻量化的首选材料。铝的最大优势是质量轻,比重仅为铜的三分之一,相同体积情况下,质量可以大大降低;铝资源远较铜丰富,成本也远低于铜;虽然铝的热传导率较铜低,仅为铜的60%,但由于铜散热器存在热传导率更低的锡保护层,使得铝散热器的热效率反而要高于铜散热器;另外,铝还有良好的铸造加工性能。虽然铝散热器具有质量轻、原料成本低、散热性能好等优点,但其焊接工艺性差、生产设备投入大是长期难以解决的问题,限制了铝散热器的广泛应用。

目前,铝散热器比较成熟的生产工艺有两种:一种是机械装配式,此种形式生产的散热器冷却水管是圆形或椭圆形,采用机械压制而成,生产成本较低,但是由于这种工艺受自身形状的局限性,工作效率不高;另外一种是钎焊式,这种形式生产的冷却水管是扁状的,不受散热器自身几何形状的限制,采用焊接一次成型,工作效率高。

由于铝散热器的重量轻,并能做到与汽车同寿命(约5年),因此得到迅速推广。在欧洲和美国应用广泛,主要用于使用条件较好的城市小轿车和轻型车。北美部分地区开始在大客车、轻型货车上使用。但是,铝散热器较差的耐蚀性,使得铝散热器在使用条件差的重型货车、工程车辆及军用车辆上,则难于使用。

国内汽车散热器仍以铜散热器为主,铝散热器仅在轿车等小型发动机上应用较广泛。我国于1992年引进第一条铝散热器生产线以来,现已有多条生产线,开始是机械装配式,后来引进钎焊工艺生产线。但同国外相比,总体上生产工艺落后,生产效率低。

2.3工程塑料

为了减轻质量,提高耐腐蚀性和节约有色金属,许多新材料开始应用在散热器上。在实际应用中,散热器上下水室材料逐渐由工程塑料取代了铜材。常用的是用加入玻璃纤维的尼龙66(PA66)注塑加工成散热器的水室,并以机械方式与散热器芯部接合装配,通过橡胶密封圈使接合面上达到良好密封,同时还起防振作用。另外,尼龙66具有非常优良的耐腐蚀性,对散热器十分有利;良好的可塑性使得散熱件轻巧而美观;耐高温性可使散热器的底盘保持完好而不会产生任何弯曲,不会减少散热器的气体流动。

目前,国内生产的轿车已广泛使用铜塑或铝塑结构的散热器,如夏利1.3 L轿车、桑塔纳轿车等。这种散热器质量轻,生产工艺简单,可以注塑加工一次成型,成本较低。■

【参考文献】

［１］杨连生.内燃机设计(第一版)[M].北京:中国农业机械出版社,1981.

大功率器件IGBT散热分析 第4篇

任何器件在工作时都有一定的损耗, 大部分的损耗均变成热量。在实际应用过程中, 大功率器件IGBT在工作时会产生很大的损耗, 这些损耗通常表现为热量。为了使IGBT能正常工作, 必须保证IGBT的耗散功率不大于最大允许耗散功率Ptot (额定1660 W, 室温25℃时) , 必须保证IGBT的结温Tvj不超过其最大值Tvjmax (150℃) 。因此必须采用适当的散热装置, 将热量传导到外部环境。如果散热装置设计或选用不当, 这些大功率器件因过热而损坏。

为了在确定的散热条件下设计或选用合适的散热器, 确保器件安全、可靠地工作, 我们需进行散热计算。散热计算是通过计算器件工作时产生的损耗功率Ptot、器件允许的结温Tvjop、环境温度Ta, 求出器件允许的总热阻Rth (j-a) ;再根据Rth (j-a) 求出最大允许的散热器到环境温度的热阻Rth (f-a) ;最后根据Rth (f-a) 选取具有合适热阻的散热器。

1 IGBT损耗分析及计算

对于H型双极模式PWM系统中使用的IGBT模块, 主要由IGBT元件和续流二极管FWD组成, 它们各自发生的损耗之和就是IGBT本身的损耗。除此, 加上IGBT的基极驱动功耗, 即构成IGBT模块整体发生的损耗。另外, 发生损耗的情况可分为稳态时和交换时。对上述内容进行整理可表述如下:

无论IGBT元件的 (或FWD元件) 稳态损耗、交换损耗均可通过其电流、电压特性进行计算。即由IGBT开关状态下的电流、电压随时间变化的关系, 可求得一个周期内的平均功率损耗为 。

在某型号地空导弹武器系统使用的H型双极模式PWM控制系统中, IGBT (FWD) 的开关周期T=65μs, 频率为fc=1/T=15.38 k Hz。

实测得到IGBT的集电极电流Ic=15.5 A时, IGBT的集射电压VCES=3.4 V, IGBT和FWD的电流、电压波形如图1所示。

由图1可知:

1.1 IGBT开启损耗Ptr计算

1.2 FWD交换损耗Ptrr计算

1.3 IGBT关断损耗Ptf计算

1.4 IGBT导通损耗Pton计算

1.5 IGBT截止损耗Ptoff计算

1.6 IGBT基极驱动损耗Pb

在该H型双极模式PWM控制系统中, 驱动IGBT的各电参数如表1。

则根据以下近似公式可以计算IGBT基极驱动损耗Pb

1.7 IGBT模块单位元件总损耗Ptot计算

由 (1) ~ (6) 式可得:

IGBT的稳态损耗Psat=Pton+Ptoff=25.54+1.02=26.56 W。

FWD的稳态损耗PF≈0 W。

IGBT的交换损耗Psw=Ptr+Ptf=16.69+31.10=47.79 W。

FWD的交换损耗Ptrr=2.18 W。

IGBT元件的损耗PIGBT=Psat+Psw=68+1.134=69.134 W。

FWD的损耗PFWD=PF+Ptrr=0+2.18=2.18 W。

则IGBT模块单位元件的总损耗Ptot1=PIGBT+PFWD+Pb≈72 W。

该PWM控制系统中, 双单元IGBT的总损耗

根据计算出的发生损耗进行散热设计, 保证结温Tvj不超过设计允许值。

为保证降额设计, 有关参数使用结温Tvj=Tvjop (125℃) 时的数据。这些特性数据均以BSM200GB170DLC技术手册为准。

2 散热器热阻的计算

热阻表示介质传热的能力, 其意义就是单位功耗引起的温升, 通常用Rth表示 (单位为℃/W) 。一般说热阻时, 都要说明从某处到某处的热阻, 可以分别表示。

这里仅考虑IGBT模块安装到散热器的情形。此时, 就热量而言, 可以转换为图2所示的等效电路。

热路的欧姆定律就是, 当热量从A物体向它周围的B物体扩散时, A物体的温升ΔTA等于A物体的发热功率P与从A物体到B物体热阻Rth (a-b) 的乘积, 即:

IGBT总热阻:

最大允许的散热器到环境温度的热阻Rth (f-a) 为:

所以Rth (f-a) ≤0.521- (0.15+0.1) =0.271℃/W.

此即散热器的最大热阻, 也是散热器的选取和设计依据, 此设计中拟采用DXC-433型铝型材散热器热阻曲线如图3所示。

由此可确定自制散热器的热阻为Rth (f-a) =0.1℃/W

3 IGBT模块管芯结温Tvj的预计

通过图2的等效电路, IGBT模块管芯结温Tvj可由下列热方程求得:

从散热器表面至IGBT模块管芯的温差。对于含有两个IG-BT元件的模块 (如BSM200GB170DLC) 其热阻的等效电路如图4:

图4中:Ptot、Tvj、Rth (j-c) :为IGBT元件的损耗、结温、结-外壳间的热阻;

此时散热器表面至IGBT元件管芯的温差如下:

因为无论散热系数的选取还是损耗的计算, 均按最恶劣情况下、采取降额设计得出的, 以及散热器表面进行导电氧化处理带来的散热效率的提高, 因此散热器表面至IGBT元件管芯的温差ΔTvj应比实际情况要小, 在此温差基础上乘以0.8的修正系数得:

比较接近真实情况。

此时, 当散热器表面温度为70℃左右时, IGBT元件结温为120℃

4 散热技术的其他问题

为了有效提高散热效果, 还应:

1) IGBT模块与散热器间应均匀涂抹导热硅脂以减小Rth (c-f) ;

2) 散热器应竖放 (比平放散热效率可提高10%~15%) ;

3) 散热器表面应光滑、平整, 进行氧化发黑处理或导电氧化处理, 以提高热辐射系数, 在自然冷却时散热效率可提高10%~15% (但在风冷时散热效率无明显改善) ;

4) 外壳-散热器间热阻Rth (c-f) 与安装锁紧力有关, 对于多点锁紧的IGBT模块, 各点的锁紧力应均匀。

5 结论

在大功率器件IGBT使用过程中, 应准确进行IGBT损耗计算、IGBT模块管芯结温的计算、散热器热阻的计算, 合理设计或选用合适的散热器, 将热量传导到外部环境, 使IGBT可靠、安全的工作。

参考文献

笔记本散热 第5篇

CPU发热量和运行电压是正相关的，一般来说同一个CPU在越高的电压下工作，发出的热量也越大。所以人工调低CPU的工作电压可以有效地降低CPU的发热量——特别是满载发热量，而在调低电压的同时又保持原有的工作频率，就保证了CPU的性能不会降低。这就是RMClock的作用.RMClock几乎是个天生的绿色软件，不需要安装，下载后解压就可以使用（当然，由于RMClock是应当设置为启动时自动加载的，所以最好解压到一个比较合适的地方再运行）。第一次打开RMClock，会看到如下界面：

首先不要干任何事情先转到高级设定页面，把“CPU类型选择”设置为“移动版”：

然后会弹出如下窗口要求重启：别慌着点“否”，这里的重启指的是重启RMClock这个程序，点“是”就好。

如果已经点了“否”也没关系，可以手动重启RMClock： 重启完后，正式工作就可以开始了，首先转到方案页面 这是我的T9550的现用电压

当前选项是指现在应用这些设置,启动是指开机就用现在的配置.确保机器稳定了,在把启动改为按需配置性能.这个界面就是设置CPU工作电压的了，其中FID是CPU动态调频的倍频，VID则是各个倍频对应的电压。

需要做的很简单，就是修改VID，把它降低。如果勾选了“自动调整中间VIDs”，那么只需要设置“Normal”的第一个VID和最后一个VID，软件就会自动以等差数列设置中间的VID。注意SuperLFM和IDA是独立的，他们的VID不会影响到“Normal”的VID自动设置。

我们最想降低的是CPU满载运行时的发热量，所以建议只将最后一个“Normal”项的VID调低，让软件自动设置中间VID。

那么问题来了，调低多少？

这个问题我们最后再说，现在我们不妨试探性地将最后一个VID降低0.025看看效果。（请根据你自己CPU的选项选择比默认设置低0.025的一档，不要照搬上图。）

IDA是用来超倍频的，一般来说CPU都锁了频，这个选项不会有作用，不过由于某些软件上的瑕疵，建议还是把IDA前面的勾点掉，不然可能导致蓝屏。

设置完后点击应用，这样就好了么？不，还没完。选点一个你看着顺眼的方案名称，我点的是“按需配置性能”：

把“使用P-state转换”和对应方框里的勾勾都点上。注意，如果上一步把“IDA”给点掉了的话这里的“IDA”前面的方框应该是灰色无法勾选的。完成后依然点应用。

然后再回到“方案”页面，在“当前”中选择你刚才设置的方案。

注意：一定要选择“当前”并且让“启动”保留为“不管理”。因为还没有经过测试是不能肯定刚刚设置完的方案是否能稳定工作的，如果将不能稳定工作的方案设置到“启动”里，那么可能会导致开机一自动加载RMClock就蓝屏，只能到安全模式里才能调回来。只有在完全测试肯定该方案是可以稳定工作不会蓝屏了以后才能将它设置到“启动”里。

选好以后点击应用。这样就完成了整个设置过程。之后可以转到“监控”页面监控CPU状态，并打开Everest等软件开始拷机，测试降压以后的CPU稳定性。

稳定性标准很简单：不蓝屏的就是稳定的。

只调了最高倍频的VID的话基本只要测试满负载拷机时的稳定性就好了，如果还调了最低VID或者想更确定一些的话还要测试较高低负载状态互相转换时的稳定性，方法也很简单，频繁地开始/停止Everest的拷机即可。

想进一步提高状态转换的稳定性的话，到“管理”页面将“P-state转换方法”设置为“仅执行单步跃迁”。（毕竟嘛，“稳定就是一切”^ ^）

好，现在回过头来讲讲上面那个VID的值是怎么选的。

这个值是试出来的。依然以我的T9550作为例子，默认是1.175V，我先降到1.150V，开Everest拷机3分钟，没出问题，好再降，1.125V，烤，没问题，再降……一直降到1.025V，终于，华丽的，蓝屏了……

重启，重新打开RMClock，设置到没蓝屏的最低电压：1.0250V，打开拷机软件进行长时间拷机。没问题，再开个大型游戏跑两个小时，依然没问题。Oh yeah!1.0250V就是咱的真命天子了。

如果这个过程中又蓝屏了……算你倒霉，再调高点再试试吧。

确定了稳定的最低电压以后，就可以执行最后一个步骤了：将对应方案设置到RMClock“方案”页面的“启动”里。然后别忘了到“设定”页面把“

随Windows自动运行”的勾打上。启动方式随你喜欢，“由启动注册键”的话不会再开始菜单的“启动”里增加快捷方式，反之则会。最最最最后，关于CPU降压运行的安全性问题

首先，厚颜无耻的，以一个使用多年电脑玩超频的我来说，在我的经验范围内，我无法想象降低CPU的工作电压会对CPU造成任何硬件上的伤害。换句简单的话说，以咱的专业水平来看，对CPU降压运行是不可能把CPU给弄坏的。

网上有人说CPU功率一定，降压会导致CPU电流变大容易烧坏是彻底的脑残说法。按照这种无脑的说法CPU没上电的时候电流是无限大的，咱一关机CPU就应该爆了。

那么CPU降压运行牺牲的是什么呢？稳定性，马儿吃得不饱，拉车的时候可能就会站不稳了，CPU也一样，电压太低的话，频率性能可能就会不稳定，具体表现就是上面所说的，蓝屏。而上面我说的那个过程就是找出让CPU吃个半饱又能稳稳地拉得动车的方法。

不过还是得说，以上关于CPU降压安全性问题的说明仅供参考，阅者自行判断，本人不承担任何责任

呵呵,这文章大多数文字不是我所写,是转本友会:yym514兄弟的.略有改动,图片都是自己的.推荐一款散热硅脂http://store.taobao.com/shop/view_shop-0d543f273a0c71da3fc5a4eaa9de0e51.htm 7783.效果很好.这样弄下来基本你的本本能降温5-10度没问题的.有什么疑问可以留言.无图无真相,我做了我的T9550的标准电压1.175和1.025V的温度对比图.这是1.025EVE满载压力17分钟的测试，这是标准电压,1.175V的EVE压力测试温度呃,不到10分钟最高温度已经74度了.温度降了很多吧.嘿嘿

发现在WIN7 电源模式为平衡模式的时候CPU的电压会偶尔跳到1.1375.解决方法:转到按需配置性能

自己设置一个电源模式然后点击任务栏位置电源按钮

还有一个CPU减负功能,可以在一些不需要很大频率的程序强制降频,和speedstep功能差不多.01减负是12.5，意思就是保持CPU当前频率的12.5%,底下以此类推.关于RMClock的下载,同学们都会百度吧?搜索一下就可以了2.53绿色汉化版或者更新的版本都行,WIN7的话要搜索WIN7 RMClock汉化版即可.欢迎大家分享,有什么好的软件的使用经验欢迎交流哈.有些朋友怕减压会对CPU造成损害,我也懒得打字转一些文字给大家看一下吧 文章原地址http://bbs.colorful.cn/forum/24775fa2-dafe-4c7b-93a4-835ff1010f16/Board/97e6593d-3918-49d8-b6d6-27369bdf8843/Thread/cf061151-7b60-43de-8ebc-475a4056eb69.aspx 关于降低CPU工作电压的利弊之我见(ZT)一，首先我先介绍我认为测试整部PC稳定性最可靠的方法---游戏（当然不是空当接龙和纸牌那些啦），我认为，能连续两个小时不间断的玩CS，极品飞车7，NBA或者FIFA 等等那些稍微大型的3D游戏，其间没出错，就可以认定是稳定的了，当然如果你是有米一族，用孤岛惊魂或者天堂2测试，我也不反对

二，对于CPU降压的注意问题，还是那句---稳定！只要能稳定，即使你的U工作在1V也是没问题的（不过现在的U好象不太可能，未来的奔腾5可能有这么低）

三，关于有网友用 人吃不饱没力气来形容CPU的低工作电压的害处，我认为是比喻不恰当的，人体不同于PC，人体靠吸收食物的营养来换取能量，而PC只要是没有电，马上就不会工作了，人不吃食物还能撑个三四天的而且只要是供电不足，PC马上就会产生不稳定的现象，例如蓝屏，黑屏，重启等等

四，CPU最低的稳定工作电压究竟是多少？这个问题我看连intel和AMD的工程师都没办法回答你，即使是intel和AMD，他们在制造CPU的过程中，还是没有办法100%控制良品率，即使是良品，也没办法100%控制CPU的实际工作频率和实际工作电压，他们只是通过简单的测试，把CPU的频率和电压定了下来，然后就分等级，分不同价钱推出市场，我们DIYER正是钻着这个空子，所以才造就了那么多的超频王，低电王。

五，那为什么各个CPU，即使是同一批次出厂的同一型号的CPU，能降低的最低稳定电压都不同呢？这个情况和超频的原理是一样的---每个U都有个体差异，同一批次出厂的同一型号的CPU，有的U能超50%以上，有的U连提升个20MHZ都不行（我见过，而且不少，我这里说的是外频），广东话说“一样米养百样人”也就是这个道理。

六，比方说，一个人，你单凭外表就能看得出他每餐要吃多少碗饭吗？不能吧，CPU也一样，很多网友一见 别人用低于默认电压工作，就说一定会有害处，单单凭着初中物理的知识---P（功率）=U（电压）*I（电流），他们忘了一个非常重要的条件----额定功率保持不变的情况下，我上面说了，无论intel还是AMD，他们都不能控制一个CPU能以他们设定的频率和电压工作，当然也就没办法控制额定功率了，intel和AMD发布的各种类型CPU的功率，你以为100%准确吗？实际的误差非常大。再回到吃饭问题，一个人吃两碗饭就能饱，他吃三碗饭也一样是饱，但是他平时就吃三碗饭，所以平时的人认为他要吃三碗才饱，这就是错的了。同样道理，intel和AMD在定电压的时候，是全部CPU都能以这个电压工作正常，才定这个电压为默认标准电压，也就是说，有的CPU能以更低的电压运行正常，而有的就不能再低。这就是个体差异了。

所以，降电压只要降得稳定就行了，一旦CPU供电不足，自然它就会罢工（蓝屏，黑屏，重启等等）的了，如果它不罢工运行正常，说明电压足够供应了，也就是稳定了，当然如果你的CPU工作不稳定，还长期用不稳定的电压运行，这对CPU就100%有伤害了，而且伤害的程度很大，比超频的寿命会更短。

大家减电压的时候最好是从最高电压减少0.0125一个档次,别一下子从1.1375减到1.0，那样铁定要蓝屏或从启的.专门找了篇很专业的文章给大家看

文章原地址:http://hi.baidu.com/hzjppkk/blog/item/3d602424f19ae220d5074260.html 降压使用对CPU没有危害 2010-01-22 23:20 一直在考虑CPU降压加速电子迁移的问题，电子迁移（电迁徙）即电子不断同方向运动，并会对对铝原子进行冲击，造成铝原子逐渐移动而造成导体自身的不断损耗。电子迁移与电流I与温度T有关。

当时想法：假设CPU工作功率P不变，在电压V减小的同时电流I会相应增大，电子迁移加剧，CPU杯具进行中。

现在所有CPU的芯片都是由CMOS(互补型金属氧化物半导体)工艺制成。CMOS电路的动态功耗计算公式如下： P=C×(V~2)×f C是电容负载，V是电源电压，f则是开关频率。

假设一块额定频率为1GHz、额定电压为1.5V的CPU其动态功耗为P0。经过超频以后，工作电压加压到1.65V，稳定运行在 1.3GHz，此时其动态功耗为P1。因为CPU制成以后，其电容值C也就基本固定，可以看作常量，也就是说超频前后的电容值C相等。可以得到: P0 = 1.5×1.5×1×C = 2.25C(W)P1 = 1.65×1.65×1.3×C = 3.54C(W)

以上是加压超频的，如果降压超呢？

也就是说开关频率上了，电压下了，功率可能不变，但相比加压超频省电不少，但是CPU的温度的确下来了。

以下是转自“福音主义”的内容

电子迁移现象是始终存在于半导体集成电路里的一种物理现象。在电流加大的情况下，这种现象就更剧烈一些，如果电流太大了 就好比洪水决堤--“河道”也就是电路就被损坏了！

那为什么电子迁移现象总跟“热”联系起来呢？那是因为“热” 能加剧原子的微观热运动，所以能够加剧电子迁移的程度。而且，集成电路中电流大的时候，总会很热！

所以，电流大和温度高是造成致命性的电子迁移的根源，而这两个 根源的实质是统一的，电流大自然会导致温度升高！电流小发热自 然就小了！

但是，一说到到电流大导致温度升高，有些人就想到了 P=I*I*R！这个公式是不能用在cpu上的，因为cpu的功耗P不是I和R的函数，而是电压V的函数！所以有些人说“cpu的电压虽然降低了，但是 总功率是不变的！”这句话就错了！！这就是我说有些人用初 中思维看问题的原因。

对不起，我说话又拽起来了，网络文字吗，请大家不要太较真~~ 言归正传！让我来说说，cpu为什么不是电阻丝！

大家知道，现在cpu采用的都是CMOS电路，CMOS电路是一种互补逻 辑电路,它的功率由三部分组成！P= Ps + Pt + Pc Ps：静态功耗 Pt：顺态功耗 Pc：电容充电功耗

以CMOS电路中最基本的反向器为例，因为反向器正好一个P管一个N管，是最基本的互补逻辑。其中： Ps=Ios*Vdd Pt≈1/2*(tr+tf)*It-max*Vdd*fc Pc=Cl*fc*Vdd*Vdd 我们看这三个公式，其他的我不想解释，学过半导体物理的人，一看 便知，大家只要注意三个公式里的Vdd就行了，可见Vdd一减小，功耗 全部降低，总功率也就降低了~~ 呵呵~~所以说降低电压肯定会降低功率的！

其实，说了这么多，最简单最有力的证明就是，电压降低后 cpu温度会 下降，这不就是最好的证明吗？

那功率降低了，发热也减小了，前面也说了，发热与电流是统一的引起 电子迁移加剧的根源，所以电子迁移作用自然会减弱。

所以，降低电压是不会引起电子迁移现象加剧的！那怎么能损害cpu呢？ 除非，还有什么其他因素会损害cpu，那我目前就不了解了~~~

再说的细致一点，还是看那三个公式，除了静态功耗外，其他两个公式 都有一个因子-fc。这个就是频率，为什么功耗中会有频率这个因子呢？ 那就得说说CMOS的工作原理，传统的CMOS电路功耗主要来自于Pt和Pc两 部分，近年来ULSI(甚大规模集成电路)的普及才是Ps也重要起来！

而Pt一直作为IC最重要的功耗来源，只在CMOS电路逻辑翻转时才会产生，tr 和tf就表示逻辑翻转的速度。所以cpu的电流大小可以说是由cpu的运行 频率和cpu中参与运算的晶体管数量成正比的，所以cpu不是电阻丝，它的电流绝对不是单纯由欧姆定律决定的！！

散热分析论文 第6篇

关键词：流体仿真软件　工控机　散热分析

中图分类号：TP391.9　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1007-3973（2012）003-100-031 工控机应用领域及设计要求

工控机是一种加固的增强型个人计算机，它作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行，目前广泛运用于工业及人们生活的方方面面，例如：控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通讯保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告等等领域。工控机与一般家用及商用PC机相比，使用环境较为特殊，经常在高温、振动、粉尘、高电磁干扰、供电条件不好的环境中运行，并且大多是7€?4小时不间断连续运行的，因此对其稳定性及其连续工作的能力有着更高的要求，对其散热、防尘、防电磁干扰、防振等方面也有着与普通商用PC机不同的设计理念。本文主要通过采用solidworks flow simulation 流体仿真软件在工控机开发过程中来进行散热分析的实例，探讨在产品设计阶段计算机辅助工程（CAE）软件所起的显著作用。

2 SolidWorks Flow Simulation软件在产品开发中的作用

在电子产品的开发中，保证产品的热稳定性，使产品有更好的散热性能，能保证电子产品稳定长期的运行，延长电子产品的使用寿命。在以往的产品开发中，我们往往是先根据设计做出产品的样品，然后根据样品做各种热学试验，再针对试验结果做出修改，相对费时费力。现在随着计算机性能的大幅提高，采用多种多样的计算机辅助工程（CAE）软件可以在产品制造前预先发现潜在的问题来进行修正，由此可以缩短设计和分析的循环周期，从而达到降低成本，缩短产品上市周期的效果。利用Solidworks Flow Simulation 流体仿真软件进行某型号工控机散热的有限元分析，不需要做出产品的样品，直接利用设计模型采用虚拟样机的形式做热学仿真，来对产品的设计进行验证和改良，可以显著提高效率，降低成本，缩短产品上市周期。q　　Solidworks Flow Simulation软件是一款基于SolidWorks软件的计算流体力学软件，该软件与SolidWorks紧密集成，设计师在SolidWorks中设计的模型，可以直接用于流体仿真。该软件去除了计算流体力学的复杂性。您可以轻松快捷地仿真对成功设计至关重要的流体流动、传热和流体作用力，仿真真实条件下的流体和气体流动，运行“假设条件”情况，并快速分析浸润零部件或周围零部件上的流体流动、传热和相关作用力的影响。可以对设计变型进行比较以作出更好的决策，从而获得具有卓越性能的产品。

3 SolidWorks Flow Simulation软件进行散热分析的一般过程

下面我们以一款开发中的工控机为例，借助Solidworks Flow Simulation软件进行流体仿真，对产品进行散热分析。

首先，我们打开工控机模型，为了简化模型，我们将压缩风扇及其它复杂的特征，以节省计算时间。我们使用wizard（向导）来创建一个算例。 按照下面的属性新建一个项目：　　下面我们指定材料给电子元件，右键单击input data下的solid materials 选择 insert solidworks material （插入固体材料）。把solidworks database里面的材料指定给电子元件。 PCB板我们指定为PCB 4-layers ，IC指定为gold ，散热器指定为aluminum ，电阻指定为silicon， 电容指定为copper。任何未指定材料的部分我们视为insulator（绝热体）。　　接下来我们指定工控机的heat source （热源）。在没有边界条件也没有指定风扇的曲面上或是固体流体的介质中我们都可以指定heat source。在surface source中 如果不考虑heat transfer in solids （固体中的传热），我们可以在固体曲面一heat transfer rate （传热率）和heat flux（热通量）的形式指定热源，如果考虑heat transfer in solids我们可以在固体曲面一heat generation rate （产热率）和surface heat generation rate （曲面产热率）的形式指定热源，在两种情况下正的代表产热，负的代表吸热。

在flow simulation 菜单中，右键单击算例名称并选择自定义树，然后选择heat source。

在flow simulation菜单中选择insert，surface source。右键单击heat sources图标，选择insert volume source（插入体积源） 选择ic 在heat generation rate（产热率选项）中输入功率5w，ok确定，然后按照此步骤一次定义电阻、电容、CPU等的产热率。　　接下来我们定义fans风扇，在此我们为了节约计算时间，简化模型，设置一个虚拟风扇。

建立一个风扇，右键单击fans图标，选择insert fan 在type类型中，选着external inlet fan（外部入口风扇），选着工控机壳的后面为虚拟风扇入口，工控机壳两侧为散热排气口，在风扇的类型中我们选着fan curves风扇曲线，papst德国一家风扇制造商，dc-axial轴流直流电型风扇，series 400系列，405型号。对inlet flow parameters （入口流动参数）和（thermodynamic parameters）热力学参数保留默认值。　　单击RUN 系统将进行计算，分析散热结果。

我们可以看到产品的很多热学分析结果。产品的任何一个截面的温度分布图，产品的任何一个表面的温度分布图，空气在工控机的流动轨迹，热在产品内部的传导等，我们还可以看到solidworks flow simulation为我们显示的空气流动，热流动等的动画演示。　　可以看到产品IC的最大温度可以达到351开尔文，产品的热学性能符合要求。软件同时还会给出详细的结果报表，在此不一一详列。

由本实例可以看出，使用SolidWorks Flow Simulation软件，可以大大的缩短了设计后由于考虑流体及热方面因素所需的工时，显著降低了设计及生产成本。使用SolidWorks Flow Simulation软件进行散热分析的一般过程如下：

(1)使用SolidWorks 3D CAD软件设计产品模型。

(2)利用SolidWorks Flow Simulation软件打开产品模型，新建项目，设置参数。

(3)指定材料给产品各元件。

(4)指定产品的热源，定义各元件产热率，设置各参数。

(5)定义风扇，设置相关参数。

(6)定义工程目标，开始计算。

(7)根据分析报表修改设计。

4 结语

采用本软件进行工控机的散热分析，通过计算机辅助工程软件的虚拟现实分析功能，可以在设计阶段直接找出产品设计在散热特性方面存在的问题，从而加以改进，为后期加工工艺的制定和改进奠定更加精确和完善的基础。这样可以节约成本，加快产品设计周期，在工业设计领域必将得到广泛的应用，应用领域也不会局限于工控机设计领域。

参考文献：

[1]　陈超祥.Solidworks Flow Simulation高级教程(2011版)[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]　李大磊.Solidworks高级功能与工程应用[M].北京:北京邮电大学出版社.2009.

散热分析论文 第7篇

1 低压电器屏柜总体设计

电力机车低压电器柜的设计原则是：符合相应的标准要求，确保柜内各种电气元件安全、可靠、稳定运行，方便对柜内电器元件进行安装、检修、维护，同时要保证良好的通风散热效果，确保柜内电器元件能够在额定的安全运行环境下运行。如图1是神华八轴低压电器屏柜外观三维模型效果图。

2 机车控制模块使用环境的散热仿真分析计算

由于机车控制模块对其运行的EMC环境条件要求比较高，所以在元件布置设计时，把机车控制模块安装在柜体上部一个独立的空间内，见图1的上部(隐藏了两个上柜门)，根据airpak要求建立计算模型，如图2是两个上柜门没有开通风孔时airpak计算模型。图中下部小孔是EMC隔板上开的通风孔，与低压电器柜下部分连接。

通过airpark软件提取模块表面处的温度，了解模块在工作状态时的通风散热情况。如图3、图4是当机械间温度为45℃、50℃时，模块周围的温度分布情况。从图中可以看出，上门板没开孔，最高温度在模块上方，当机械间温度为45℃时，模块上方温度达到了57℃，当机械间温度为50℃时，模块最高温度达到了61℃。

3 机车控制模块使用环境结构优化设计后的散热仿真分析计算

通过上面分析可知：如果柜体上部机车控制模块安装空间的两个上柜门采用完全封闭的结构，这样不利于模块空间通风散热，可能会使模块温度过高，因此会影响机车的安全运行。为了达到良好的通风散热效果，本设计在柜体上门板上开两个通风孔，同时在通风孔处安装滤尘板，主要目的是过滤机械间的灰尘颗粒物，以免灰尘积压而造成模块短路现象。其次，通风孔开在上门板正面也有利于观察、更换。图6为airpak软件计算模型，由于开孔处有隔尘板，根据实际有效的散热面积，计算模型开孔尺寸为实际开孔大小的一半，如下图5。

根据计算结果，通过airpak软件提取模块表面处的温度，如图6、图7，当机械间温度为45℃、50℃时，模块周围的温度分布情况。它更清楚地表达了模块表面周围的温度环境，从图中可以看出，上门板开孔后，最高温度也在模块上方。此时，当机械间温度为45℃时，模块上方温度为53℃，当机械间温度为50℃时，模块最高温度达到了57℃。

4上门板有无开通风孔时数据对比分析

根据上述计算方法，提取柜内平均温度，如图8为有无通风孔时柜内模块平均温度变化的对比，通过对比发现，有散热孔时柜内模块温度比没有散热孔时有明显的降低，特别是当温度升高到40℃以上时，其作用更加明显。其次，在相同的机械间温度下，为了对比柜体开孔后与不开孔时模块最高温度，即模拟计算当机械间温度为45℃时，通过airpark软件提取模块表面最高温度(模块上表面温度)，如图9。同样可以看出，当开通风开时，模块上表面的温度比不开孔时低了5℃左右。

5 结语

由于神华八轴电力机车的控制模块较多，且根据以往的设计经验，在电器柜体上门板上增加开通风孔结构。通过airpak软件计算与分析，低压柜的通风散热效果有了显著的改进，主要体现在：柜体上门板上开通风孔时，改善了机车控制模块的使用环境，降低机车控制模块的使用环境温度，开孔后改善明显，柜内平均温度只高于机械间温度1℃～2℃，未开孔时柜内温度高于机械间温度5℃以上;同时，对柜内模块表面的最高温度也有很大的改进，通过图9可以得出，开孔后最高温度相应的下降了5℃左右。

参考文献

[1]张树勋黄学君, 丁伟民.电力机车新型电器屏柜设计分析[J].机车与城轨车辆, 2008 (6) .

[2]TB/T1508-2005, 机车电器屏柜技术条件[S].

大功率LED封装的散热分析 第8篇

[1]鲁祥友, 华泽钊, 刘美静, 等.基于热管散热的大功率LED热特性测量与分析[J].光电子·激光.2009.20 (1) :5-8.

[2]Narendran N, Bullough J D, Maliyagoda N, et al.What is useful life for white light LEDs[J].1.Mum.Eng.Soc (S0099-4480) .2001, 20 (1) :57-67.

[3]Steigerwald Daniel A, Bhat lerome C, Collins Dave, et al.I1-lumination With Solid State Lighting Technology[J].IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics (S1077-260X) .2002, 8 (2) :310-320.

[4]Arik Mehmet, Petroskl James, Weaver Stanton.Thermal Challenges in the future generation solid state lighting applications:Light emitting diodes[C].The Eighth Intersociety Conference on Thermal and Thermornechanical Phenomena in Electronic Systems, ATLANTA USA, 2002:113-120.

[5]吴慧顺, 钱可元, 胡飞.倒装大功率白光LED热场分析与测试[J].光电子·激光, 2005, 16 (5) :511-514.

[6]刘一兵.功率型LED封装基板材料的温度场和热应力分析[J].半导体光电, 2011, 32 (5) :646-649.

[7]钱可元.郑代顺, 罗毅.GaN基功率型LED芯片散热新能测试与分析[J].半导休光电, 2006, 27 (3) :236-239.

[8]马湘君, 吴札刚, 戴世勋等.大功率LED筒灯散热分析[J], 照明工程学报.2011, 22 (6) :18-21.

[9]李爱玉.朱文章.大功率LED封装散热关键问题的仿真[J].厦门理工学院学报.2011, 19 (4) :10-13.

[10]齐昆.陈旭.大功率LED封装界面材料的热分析[J].电子与封装.2007, 7 (6) :8-12.

[11]陈明详, 马泽涛, 刘胜.LED感应局部加热封装试验研究[J].发光学报, 2007, 28 (2) :241-245.

回收热泵压缩机散热的技术方案分析 第9篇

热泵是一种高效制热装置, 以压缩机消耗少量电能为代价, 由蒸发器吸收大量低温热能并升温后由冷凝器排出而为用户供热[1]。热泵的能量平衡如图1所示。

由图1可得:

(1)

undefined

式中:QC—热泵的制热量, W;QE—蒸发器从低温热源的吸热量, W;W—压缩机功率, W;QD—压缩机的散热量, W;COP—热泵的制热性能系数。

热泵压缩机的散热量QD是指由压缩机表面通过对流和辐射散失到环境中的热量。压缩机的表面温度越高、空气流过压缩机表面的速度越高、压缩机表面积越大则压缩机的散热量越大。

以某热泵为例, 其压缩机功率为700W, 全封闭压缩机近似为圆柱体, 直径为0.15m, 高度0.35m;压缩机表面温度约为100℃, 空气由风机强制吹过压缩机表面时, 则压缩机的散热量QD可估算如下。

通过对流换热散失的热量近似为:

通过辐射换热散失的热量近似为:

(5)

式中:Qcon—压缩机的对流散热量, W;α—空气吹过压缩机表面的对流换热系数, W/ (m2·℃) ;F—压缩机的表面积, m2;tcom—压缩机表面的温度, ℃;tenv—环境温度, ℃;Qrad—压缩机的辐射散热量, W;σb—黑体辐射常数, W/ (m2·K4) ;Tcom—压缩机表面的温度, K;Tenv—环境温度, K。

由上述数据可见, 由于压缩机散热导致的热泵COP降低幅度约为:

undefined

通过回收压缩机散热可使热泵的COP获得明显提高。本文以采用封闭式压缩机的小型热泵为例, 给出回收热泵压缩机散热的几种技术方案。

2 利用待加热的低温气体回收热泵压缩机散热

以热泵干燥装置[2]为例, 其原理如图2所示。

由图2可知, 出干燥室的废气经蒸发器除去其中的水分后变为低温冷空气, 先经压缩机表面吸收压缩机表面散出的热量被初步加热, 再经冷凝器加热到规定温度的热空气进入干燥室用于干燥物料。该方案中不但压缩机的散热被全部回收利用, 而且由于出蒸发器的冷空气温度较低、速度较高, 压缩机可得到较充分的冷却, 有利于提高其寿命和可靠性。

3 利用待加热的低温液体回收热泵压缩机散热

以热泵热水器为例, 其原理示意如图3所示。

自来水先进入压缩机外部的水套, 吸收压缩机散热后被预热, 进入热水箱被冷凝器加热为满足用户要求的热水。

4 采用低温热泵工质喷液方法回收热泵压缩机散热

采用低温热泵工质喷液方法回收压缩机散热的原理示意如图4所示。

从冷凝器出来的高压热泵工质液体, 经喷液阀后闪蒸产生低温低压热泵工质液体, 进入封闭式压缩机内部并经喷头喷在压缩机的工作部件 (压缩机头和电动机) 表面上, 吸收工作部件产生的热量, 并使压缩机的温度得到大幅度降低。热泵工质液体则吸热气化, 并与来自蒸发器的气态热泵工质混合后, 一同被压缩机压缩为高压气体进入冷凝器, 将热量排放给热用户。

此外, 当压缩机的结构型式允许时 (如螺杆式压缩机[3]等) , 也可直接将热泵工质液体喷入压缩机的工作腔内部, 效果更好。

5 采用特定性质的热泵工质降低热泵压缩机温度

不同热泵工质的理论循环在T (温度) -s (熵) 图上的变化如图5、图6所示。

由图5普通热泵工质的理论循环可见, 压缩过程1-2完全在过热区进行, 且压缩过程结束点2距饱和气线很远, 从而使其具有很大的过热度[4]。当采用图6所示的具有特定性质的热泵工质时, 压缩过程1-2基本贴近饱和气线进行, 使压缩机中被压缩的热泵工质的温度始终接近相应压力下热泵工质的饱和温度, 在相同的供热温度下, 可使压缩机的工作温度得以明显降低。由式 (3) 和式 (4) 可知, 压缩机的散热量也可得以大幅度减少。

undefined

该方案不需对热泵系统 (包括压缩机) 进行改动, 具有特定性质的热泵工质可为纯工质, 也可为混合工质[5]。

6 结论

热泵的制热性能系数COP一般在3～5, 回收热泵压缩机的散热可使其COP提高至3.7～5.7, 提高幅度达15%～25%。本文给出的4种回收热泵压缩机散热的方案中, 前两种需结合具体的工艺过程 (即低温气体或液体需加热) , 后两种则具有通用性, 尤其是最后一种方案, 在实际应用中可不需对热泵及其压缩机进行改动即可降低压缩机的压缩过程温度、减小其热量损失。

采用低温热泵工质喷液方法回收热泵压缩机散热的方案在具体实施时, 应使喷液阀后热泵工质液体的压力与蒸发器中热泵工质的压力相近, 以防止热泵工质在压缩机内吸热过程中产生的蒸气对蒸发器内热泵工质的流动产生干扰。

摘要：介绍回收热泵压缩机散热的4种技术方案:利用待加热的低温气体吹过压缩机表面, 利用待加热的低温液体流过压缩机表面的换热器, 利用低温热泵工质液体喷入压缩机内部的工作部件表面, 利用特定性质的热泵工质降低压缩过程中热泵工质的温度。对各方案的实施方法进行了分析与探讨。

关键词：热泵,压缩机,热回收

参考文献

[1]陈东, 谢继红.热泵技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[2]陈东, 谢继红.热泵干燥装置[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[3]董天禄.离心式/螺杆式制冷机组及应用[M].北京:机械工业出版社, 2001.

[4]吴业正.制冷原理与设备 (第二版) [M].西安:西安交通大学出版社, 1997.

散热分析论文 第10篇

ANSYS Workbench Environment (AWE) 作为新一代多物理场协同CAE仿真环境, 其独特的产品构架和众多支撑性产品模块为多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。它所包含的3个主要模块是几何建模模块 (DesignModeler) 、有限元分析模块 (DesignSimulation) 和优化设计模块 (DesignXplorer) , 它们将设计、仿真、优化集成于一体, 便于设计人员随时进入不同模块进行双向参数互动调用, 使与仿真相关的人、部门及数据在同一环境中协调工作。ANSYS DesignXplorer是功能强大而方便易用的多目标优化模块, 可以对迫击炮身管散热分析的CAE计算结果进行参数化处理, 绘制设计空间, 快速得到多项指标皆趋向于最优的设计方案。

1迫击炮身管稳态热分析

提高威力和增加射速是现代战场对武器的要求, 由此带来的是更高的发射强度和对身管更加严重的热作用, 因此, 控制与减少发射过程中的热影响已成为现代武器设计与性能改进的目标之一。

迫击炮具有弹道弯曲、射速快、结构简单、重量轻、造价低和射击死角小等特点, 是一种支援和伴随步兵作战的有效压制火器, 素有“ 战场轻骑兵”的美誉, 历来受到世界各国军队的普遍重视。普通迫击炮与传统的身管火炮不同, 它的身管壁厚只有几个毫米, 而且射速很高, 这样就导致管壁温升快、温度高。当管壁温度过高时, 战士操作困难, 甚至会引起药包自燃, 造成严重的炸膛事件, 因此, 能否及时地散热就成为迫击炮发挥持续战斗力的关键。

迫击炮身管对流换热的基本计算公式是牛顿冷却公式:

QC=αCA (TS-TW) 。

其中:QC为对流换热量, W;αC为对流换热系数, W/ (m2·K) ;A为换热表面的面积, m2;TS为壁面的温度, K;TW为流体的温度, K。

对流换热系数αC可以用下式计算:

undefined。

其中:J为科伯恩系数;CP为流体比热容, J/ (kg·K) ;ρ为流体密度, kg/m3;v为流体平均流速, m/s;k为流体导热系数, W/ (m·K) ;μ为流体粘度, kg/ (m·s) 。本文中以上参数均为高温时的空气参数。

采用体单元对迫击炮身管进行建模, 忽略身管上的圆角、倒角和其他细微结构。由迫击炮的结构可知, 迫击炮散热的主要部位在于散热片。迫击炮身管实体模型见图1。

本文主要针对身管有散热片的部位进行稳态散热分析, 进行分析的局部模型见图2。迫击炮发射时身管内外的温度和对流换热系数见表1。

将图2所示的迫击炮局部模型导入AWE进行稳态热分析, 所得身管温度场云图如图3所示, 身管热流密度分布云图如图4所示, 由此计算所得到的散热量最小值为2 599.1 W。

2迫击炮身管散热片参数优化

迫击炮身管散热性能的优劣取决于散热片的结构参数, 在AWE的DM模块中将散热片的宽度和高度设置为自变量, 变化范围为原值的10%;将散热量和模型的质量设置为因变量, 运行ANSYS DesignXplorer。图5为最小散热量和质量随优化参数变化图。

根据图5, 权衡利弊, 综合考虑, 选择散热片参数优化后的数值见表2。

3结论

研究表明, 散热片厚度和高度的变化对于身管散热性能有着显著的影响, 在散热片高度和间距一定时, 散热片越薄, 散热性能越好;当间距和厚度一定, 高度越大, 散热性能越好。

参考文献

[1]吴永海, 徐诚, 陆昌龙, 等.基于流固耦合的某速射火炮身管温度场仿真计算[J].兵工学报, 2008, 29 (3) :266-270.

[2]唐治.迫击炮设计[M].北京:兵器工业出版社, 1994.

[3]李兵, 何正嘉, 陈雪峰.ANSYS Workbench设计仿真与优化[M].北京:清华大学出版社, 2009.

[4]王补宣.工程传热传质学[M].北京:科学出版社, 1998.

电脑散热六“雷区” 第11篇

01 使用降温软件就可以高枕无忧

有些用户为方便起见，往往只在系统后台加载CPU降温软件，就以为做好了散热措施，不用再多费工夫了。其实，降温软件的能力并不高，有些软件甚至不但不能起到降温的作用，还会略微增加了配件的发热，尤其是使用像Windows XP这些已经具有电脑配件（例如CPU和硬盘）在休闲状态时，让配件降低运行速度（例如HLT暂停指令），实现降温目的的系统中。降温软件即使能起到降温的作用，往往也只能降3度左右。因此，我们不应该对它太依赖，必要时需要为电脑某些主要配件增加一些风扇、散热片等散热措施。

02 经常清洁电脑

为电脑能迎接酷热的季节，不少用户都会对电脑主机内部进行清洁，例如为风扇、散热片除尘。这些操作都是很好的，可以清除长期积存在风扇等散热器和配件身上的灰尘，有效地提高其散热的能力。可是，如果经常清洁电脑，例如在夏天短短几个月内就为电脑清洁3、4次，甚至更多，那么就变得太繁密了。其实，如果放置电脑的环境不是太差，每年清洁1～2次就已经足够了。同时，在拆卸安装配件时也要注意小心。此外，如果配件曾用水清洁过，不应该在配件上的水分还未完全干透的情况下开机。

03 常加润滑油或多用硅胶

有些用户为改善风扇的转速，往往会对风扇加上一些润滑油。这些操作都是很好的，只是如果经常给风扇加润滑油，就不太应该了。这是由于润滑油加多了，一来会引起滴漏的现象，影响了电脑配件的正常运行。二来由于润滑油具有一定的黏度，它特别容易吸附周围环境中的灰尘。

同样，由于硅胶有助于CPU的散热，有些用户为增加CPU的散热，往往会在CPU的上面涂抹很多硅胶，认为涂抹的硅胶越多越好。其实这一想法是不对的。这是由于硅胶在遇热后，会出现溶化的现象，如果涂抹的硅胶太多太厚，在遇热后，就会很容易滴漏在CPU插槽或主板上了，从而出现漏电、短路等的故障，影响了电脑配件的正常运行。因此，涂抹硅胶不是越多越好，在涂抹硅胶时，只要薄薄地涂抹一层，并涂抹均匀即可。

04 打开机箱让电脑配件散热

有些用户在为电脑改善散热条件时，为方便或节约开支起见，往往直接打开机箱，想让电脑主机里面的各配件都能得到更好的散热。其实，这一做法相当不可取。一来，由于天气本身就已经很热的了，尤其是在30℃或以上的情况下，这时周转的气温与不打开机箱其实是差不多的，因此打开机箱改善的效果并不大。

二来，电脑主机里面的各配件都具有较强的辐射，虽然某一配件可能是符合人体安全的，但集合了电脑主机里面各配件的辐射后，其辐射量就不一定安全了。再者，电磁辐射是具有积累效应的，它会使局部地方的电磁辐射含量较高，因此也不是说不正面对着主机就没有危害。而机箱可以为我们屏蔽了绝大部分的电磁辐射，如果仅仅为了散热，而让身体直接暴露在很可能不安全的电磁辐射下，就得不偿失了。三来，让电脑主机内各配件直接暴露在外，很容易积累灰尘，从而阻碍了配件的散热。

所以我们不应该采用打开机箱的方法来让电脑配件散热。其实一般的机箱风扇并不贵，15～30元左右的就已经不错了，这一点的投入可以保障电脑散热，同时可以保障身体，还是很值得的。

05 机箱风扇越多越好

机箱的散热性能是否良好，很大程度上决定了整机系统的散热性，因此人们一般都喜欢在机箱中安装多个风扇。不过，也不是说在机箱中安装的风扇越多越好。一来如果安装了太多的风扇，虽然散热是解决了，但对于电源的供电就要有更高的要求，如果由于风扇多了，使得电源供电不足，那么就影响了电脑的正常运行。二来安装越多的风扇，也不一定就可以使整机的散热性变得更好，要知风扇的散热原理是将热量转移，这样安装风扇的位置就要适当，否则由于风扇太多影响了机箱内的风道设计，阻碍了空气流通就适得其反了。

06 盲目追求高价散热器

散热分析论文 第12篇

直埋敷设具有多方位的社会经济效益:一是工程造价低, 可降低工程造价约25%。二是热损耗低, 节约能源, 较地沟敷设减少热损失40%, 降低耗煤20%。三是防腐、绝缘性能好, 使用寿命长。四是占地少, 施工快, 有利环境保护。供热直埋管道, 管道的保温措施经过30多年的发展已经相当完善, 通过减少直埋保温管道的散热损失来达到节能减排的目的效果已很不明显。

在热水供热管网系统中为数众多的固定墩、固定支架的散热损失一直被人们所忽略, 直埋供热管道固定墩存在热桥效应, 散热损失大, 钢筋混凝土的温度高、热应力大。钢筋混凝土长期处于高温及大热应力下, 其结构的稳定性受到很大影响, 随着管道使用时间的增加, 管道的稳定性、安全性必将收到影响。所以从集中供热的安全性、管道系统的稳定性方面考虑, 对固定墩、固定支架处的热桥效应及断桥措施进行研究非常必要。

1 热桥效应

对于热水直埋供热管道来说, 当供热管道的规格较大时, 管道的热应力也比较大。单纯依靠土壤提供的摩擦力不足以满足热水供热管道的稳定性。特别是对于高温水集中供热管网, 如果不设置固定墩热应力很容易破坏三通及弯头造成管道事故。直埋供热高温水与管道壁面存在着强烈的对流换热, 在对流换热作用下热量从高温水传至管道内表面。由于热水集中供热管道的管材为钢, 导热系数较大, 相应的热阻值很小, 热流比较轻易地穿过管壁到达管道外壁面。

固定墩处由于固定挡板与管壁焊接在一起, 挡板的材料也为钢, 大部分热量通过固定管板后进入钢筋混凝土。还有一部分热量通过裸露的管道外壁面直接传入钢筋混凝土。固定墩处传热过程的示意图如下图1所示。

凝土的导热系数相对于保温材料的导热系数来说相差两个数量级, 相应的热阻值非常小, 热流的趋利避害的特性驱使热量大量的从钢筋混凝土的固定墩处散失形成热桥, 导致整个热水供热管网系统散热损失增大。

2 传热模型

2.1 物理模型

计算模型以双管直埋敷设的热水管道为原型, 在固定墩周围建立30m×30m×12m的计算控制区域。所得固定墩的物理模型的示意图如图2所示。

2.2 数学模型

(1) 传热问题的控制方程, 建立整个计算区域的传热与流动问题的统一控制方程[2]:

式中:Φ为广义变量, 可以代表u、v、w、T等变量;Γ为表示相应于Φ的广义扩散系数;S为表示与Φ对应的广义源项。对于动量方程, 我们把压力梯度放到源项中。U为表示微元体速度矢量;ρ为表示密度;t为表示时间。

方程中, 左端第一项为扩散项, 第二项为对流项;方程右端第一项为扩散项, 第二项为源项。由于只分析温度达到稳定以后的状况, 所以简化为稳态问题, 略去非稳态项, 上述控制方程可化为[2]:

(2) 耦合传热模型的处理, 埋地固定墩周围的实际温度场比较复杂, 它与土壤的导热系数、埋地深度、地表温度的变化、管道发热量、管道直径等因素有关[3]。本文主要目的是研究固定墩及其周围土壤的温度场分布情况及其散热损失情况。为进一步方便求解, 忽略影响较小的次要因素, 做以下假设[4]:假定土壤和组成固定墩的钢筋混凝土为均质、各向同性的固体, 热物性参数均为常数;忽略土壤中因水分迁移而引起的热迁移;假定地表的温度不随时间做周期性变化。

2.3 求解取值

供暖期间, 供水管的平均水温tg=130℃, 回水管的平均水温th=70℃。供暖期间土壤地表面平均温度tdm=-10℃;供暖期间土壤表面的对流换热系数k=45 W/ (m2·K) 。本次计算中取土壤的导热系数1.5 W/ (m·K) , 密度为2000 kg/m3, 比热容为1.6 k J/ (kg·K) [5,6]。钢筋混凝土的导热系数取为:1.883 W/ (m·K) , 密度为2 500 kg/m3, 比热容为840 J/ (kg·K) 。模型的具体参数如下:管道公称直径为DN800;两管中心距b=1.4 m, 管子埋设深度h具体数值如表1中所示 (管顶到地表距离) 。固定墩的尺寸长×宽×高为:3 m×3.5 m×2.4 m。

计算结果显示, 随着固定墩埋设深度的增加, 固定墩的散热损失量逐渐降低但降低的幅度越来越小, 通过增加固定墩埋设深度来减少固定墩散热损失的效果不明显, 而且随着埋设深度的增加施工成本会越来越高。通过增加固定墩埋深来减少固定墩散热损失意义不大。

2.4 保温措施

采用的保温材料为新型复合夹心保温砌块, 即中心保温层为加气混凝土, 两侧为特种混凝土的复合砌块[7]。复合保温是把保温层夹在墙体中间, 在保温材料的两侧浇注混凝土构成。加气混凝土的强度高, 与两侧的混凝土粘结力强。具体做法如图3所示。

所选用的方法既要满足力学性能要求, 又要有效地阻断热桥, 使固定墩的散热损失大大减小。固定墩能起到固定作用时所需要的强度一般小于10MPa。所选加气混凝土砌块的抗压计算强度为12.3MPa, 能满足固定墩、固定支架稳定性的要求。加气混凝土砌块, 其密度为600 kg/m3, 导热系数为0.15W/ (m·K) , 两侧特种混凝土的导热系数为1.74W/ (m·K) 。本砌块不存在冷热桥, 能更好的发挥加气混凝土的保温性能, 其传热系数为1.01 W/ (m2·K) [7]。

2.5 温度场比较

采用CFD技术对固定墩断桥前后的温度场进行仿真, 结果如图4、5所示。供回水温度取95/70℃, 埋深取1.5 m, 其他参数如上。

仿真结果显示, 所选用的方法能有效的截断热桥, 使固定墩的散热量大大降低。未加保温措施时单个固定墩的散热损失为2 571 W, 增加保温措施后固定墩的散热损失为107.75 W。比较之下可见增加断桥保温措施后固定墩的散热损失大幅度减小, 热桥效应明显得到控制, 节能效果显著。

3 结语

通过对城市供热热水管网固定墩传热分析得出如下结论:通过不断改善热水供热管道的保温技术, 沿线直埋热水管道散热损失已经很小, 大大减小了直埋热水供热管道热损失;直埋热水管道固定墩处由于热桥的存在, 热损失较大, 对于DN800的管道, 每个固定墩的散热达到2 500 W以上;采用加气混凝土和特种混凝土复合砌块进行热桥隔断, 可以在满足强度要求的前提下, 大大降低固定墩的散热损失至100 W左右, 仅为未断桥的4.2%。环保效益、社会效益、经济效益明显。

摘要：本文分析了直埋供热管道的优势, 提出了直埋热水管道固定墩热桥散热损失严重的现状, 建立了直埋热水管道固定墩传热物理、数学模型, 通过CFD技术对直埋热水管道固定墩的断桥前后温度场进行了仿真, 得出通过加气混凝土断桥节能效果显著。

关键词：热水供热,固定墩

参考文献

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008:8-70

[2]陶文铨.数值传热学 (第二版) [M].西安:西安交通大学出版社, 2003.

[3]郑平, 马贵阳.埋地管道周围温度场数值模拟的研究现状及趋势[J].管道与技术设备, 2006, (2) :5-7、10.

[4]郭孝峰, 夏再忠.埋地管道温度特性数值模拟与相似性实验研究[J].太阳能学报, 2010, 31 (6) :727-730.

[5]李艳杰, 邹平华.土壤热导率对直埋蒸汽管道保温层厚度的影响[J].煤气与热力, 2006, 26 (3) :56-58.

[6]杨锦东.钢筋混凝土结构的温度场分析[J].广东建材, 2004, (7) :29-31.