风声1923 发表于 2022-5-2 18:29:41

散热片传热计算

闲下来的时间在DIY一个DC电源模块,需要给功率模块做散热计算(某宝的散热片只有尺寸,只能自己算了)。

计算基本是参照书里的来,按适用条件套用公式,原创肯定是没有的,不过看大牛的推导过程,还是很受启发的:

1. 微积分中细分的思想,切一小块出来,作合理的线性化,简化,再依据各种能量、运动定理,建立微分方程;

2. 解微分方程,需要各种初始、边界条件,可以用模型代替来简化方程解。比如延长散热片并假设顶端绝热,来替代顶端散热的模型,两者都有相同的散热面积,散热效果接近。代替后,方程解大大简化。毕竟,工程不同于学术研究,精度范围内,越简单越好。

算出结果后,又做实验验证了一下,手边没有测温工具,只能说差不多了。

计算过程见附件:

2266998 发表于 2022-5-2 18:50:57

这些东西,就是琢磨,初始不懂,琢磨一个纯平板散热,考虑自然冷却与风俗,

下来,考虑鳍片,翅片,怎么导热出来?周围环境影响,简化成为‘修正平板散热’

玩计算,其乐无穷,同时,很快就有钱到手

米兰的小铁匠 发表于 2022-5-2 20:06:18

挺好的,我在读滑动轴承,也涉及到对流传热。顺便问下大侠PDF中公式是怎么编辑的?用的插件吗?

波塞冬的信徒 发表于 2022-5-2 21:37:57

(1)P(大写)截面周长,考虑说明一下。

(2)写dq表达式的时候,一般书里是这种思想:即承认非线型,按照泰勒级数在x处展开,但数学上略缺高次项。

(3)解齐次二阶,你稍有点跳步,规矩的同济做法,写特征方程,然后一元二次方程求根,判断Δ正负;虽然不影响结果,但你的Δ表达式有问题,b^2-4ac,少乘了4,然后Δ>0,特征方程有两个不等实根,所以有后面的通解式。

(4)后面的传热模型,按最严格的说是第三类边界条件,规定了周围流体的温度,可以计算换热系数;
而换热系数,包含对流和热辐射;对流,分强制对流和大空间自然对流;热辐射就玻尔兹曼,四次方律;
而实际计算,按联合传热考虑,有线性或者指数的近似公式。

(5) 实际工程场景:器件发热量,自己查样本,柜内温度,按场地气温,散热片样本给你,选型;各种器件热量确定,然后要求配机柜风扇或者空调,有样本,选型;时间,最多半天,所以你懂的。

(6)最后说一下,word算基础生产工具,公式输入有快捷键教程,随便帖一个:https://blog.csdn.net/Trisyp/article/details/113742220,码这类东西,在表格中好一点,当然文本框可以随便拖放。

风声1923 发表于 2022-5-2 23:06:43

波塞冬的信徒 发表于 2022-5-2 21:37
(1)P(大写)截面周长,考虑说明一下。

(2)写dq表达式的时候,一般书里是这种思想:即承认非线型,按照泰勒 ...

感谢大侠能仔细看完,并给出意见

(1)P 截面周长在第4页注明了。

(2)dq微分方程这里,假设了温度梯度的变化率是线性的,还是那句话,合理地线性化,要还在这里用非线性,解方程都解吐血了,最后一算误差千分之几,就不值得了。最开始的热阻模型,我还考虑了基板的温度差异,毕竟功率管在中间,两边的温度是更低的,算了一大堆,有4%的差异,后来也简化成现在恒温的模型了。

(3)解齐次方程这里,我就没有做详细推导了,只写上参考书本哪里哪里。作者其实更简单,通解直接就出来了。另外,那个4确实少写。

(4)散热鳍片的边界条件,我这里用得是顶端绝热(书里第三种),长度作些许的延长,用于代替实际上是顶端散热的边界条件,用代替来简化方程。
至于热辐射,我这里没考虑,玻尔兹曼方程也只适用于理想黑体,光滑的铝片并不适用。

(5)规范厂家的散热片样本,确实热阻直接就给你了,Element14, Mouser, ditikey这些渠道商都有,但价格也贵呀。

(6)小工具多谢推荐。

浦原喜助 发表于 2022-5-3 00:37:30

这个推导前几天刚刚看到过,版本稍稍不同,结果一样的,哈哈哈哈;肋板尖端假定为绝热没有问题,不需要特别延长,这本身就是一个边界条件。

华丽转身 发表于 2022-5-3 17:52:13

真不错,大侠以后可以多发一些心得
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