课程小论文—— 散热对电子电路的意义及其常用的散热方式

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1 课程小论文—— 散热对电子电路的意义及其常用的散热方式
西华大学《模拟电子技术》示范课 制作：谢沁池 周洪杰 余潇雨 序号： 【5】 【6】 【7】 组号： 【22】 指导老师：陈永强 一二年十二月制

2 为何需要散热 随着电子组装技术的不断发展，电子设备的体积趋于微型化，系统趋于复杂化，高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。为了适应高热密度的需求，风扇、散热器等传统的散热手段不断推陈出新，譬如风冷散热、热管散热等，新颖高效的散热方法层出不穷。在众多散热方式面前，区分各种散热方式的散热能力，从而选择既经济又可靠的散热方法成为设计人员极为关注的问题。

3 关于传热能力的分析 对于传热方式传热能力分析可知，各种传热方式传热系数的大致范围如附表所示[1]。对空气而言，自然风冷时的传热系数是很低的，最大为10w/(m2k)，如果散热器表面与空气的温差为50℃，每平方厘米散热面积上空气带走的热量最多为0.05w。传热能力最强的传热方式是具有相变的换热过程，水的相变过程换热系数的量级为103～104。热管的传热能力之所以很大，就是因为其蒸发段和冷凝段的传热过程都是相变传热。具体传热系数见下表 传热方式 传热系数 自然对流 空气 1~10 水 200~1000 强制对流 气体 20~100 高压水蒸汽 500~3500 1000~15000 水的相变换热 沸腾 2500~35000 蒸汽凝结 5000~25000

4 散热方式 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。

5 几种散热办法 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。

6 几种常见的散热方式 1.风冷散热 2.热管散热 3.液冷散热

7 风冷散热 风冷散热是最常见的一种散热方式，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。原理图如图

8 风冷 风冷散热方式成本低，可靠性高，但由于散热能力小，只适用于散热点功率小而散热空间大的情况下。目前风冷散热器的研究热是将热管与散热器翅片集成在一起，利用热管的高传热能力，将热量均匀地传输到翅片表面，提高翅片表面温度的均匀性，进而提高其散热效率。常见风冷散热装置见图

9 热管散热 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。其原理图见下

10 热管散热 热管具有极高的导热性、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。常见的热管如下图

11 液冷散热 虽然风冷技术不断提高，但风冷本身受到散热能力的限制，随着热流密度不断提高，具有更大散热能力的液冷装置的应用将更为广泛。液冷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。原理图与实物图见下

12 结束语 本文主要介绍了风冷、热管、液冷三种散热方式，它们各有各的优点和用途，因此，在选购散热器时，我们可以根据自己的实际需求以及经济条件来选购，原则是够用就好 。

13 结语 That’s all Thanks!