电子机械工程 第21卷 定时,减小肋间距,则肋化系数增加,热阻降低,但由于 2电子设备散热器的优化设计 流体的粘滞作用,肋间距过小将引起换热效果变差;肋 21产品描述 高可增加散热面积,但过高会降低刚度。如上所述我 该产品由发射模块中间模块和接收模块三部分们取肋厚,代号为A肋长,代号为B肋高,代号为C。 组成,每个模块由屏蔽板封闭而独立。散热器与机壳因子数及水平值如表2所示。 同为一体,并用高效散热的铝制成。热设计要求为器 表2正交试验的因子数及水平值 件温度最高不超过100℃。 水平 尺寸:164mm×40mmx26mm 肋厚(mm)肋长(mm)肋高(mm) 耗散功率:277W 环境温度:30℃±℃ 水平2 3.5 kg 水平3 164 22计算模型 用商品化热分析软件 FLOTHERM建立整个计算242结果分析 区域的模型,模型包括封闭腔内外的流场(空气),发 建立分析问题的表格并模拟计算各个给定条件下的温 热器件和铝针式散热器,如图1所示。 度场得到该条件下的最高温度并把计算结果填入表3中 表3计算条件和计算结果 试验 列号 厚(mm)肋长(m)肋 n)最高温度(℃ 1017 33344455 228002 83041 10283 图1电子设备仿真模型 23散热器底板厚度对温度的影响 140 9521 底板的设计包括底板厚度和底板长宽尺寸设计 8 87526 在底板材料确定的条件下,底板的厚度会影响其本身 的热阻,从而影响散热器底板的温度分布和均匀性。 本文认为温度为100℃时评为100分。正交分析 表1五种厚度算例的结果 如表4所示 厚度(m)最高温度(℃)高流速 表4正交试验分析表 得分 10223 044555 80029 试验号A 044368 79811 101.7 10185 044172 79618 043964 79443 123 04373 3 77.888 从表1可以看出散热器底板厚度对平均温度的影 响并不显著。当底板厚度为4mm时,散热器平均温度 10283 过高,此时如果仅仅增加散热器底板厚度并不能使器 87.333 件的温度得到明显的降低,相反却增加了重量和成本 因此需要采用其它方式来满足降温要求 24正交试验设计和结果分析 10294 241正交试验设计 26603280262307.47 在针肋式散热器设计中,设计参数为肋厚(针肋 R2273204276798269296 截面为正方形)、肋长和肋高。试验证明,肋片以薄为 R3285.987268161248455 宜,但厚度过小,将给加工增加困难;当散热器尺寸 R199571210159015 201994-2009ChinaAcademicournalElectronicPublishinghOuse.Alirightsreservedhttp:/n.cnki.ner2 电子设备散热器的优化设计 2. 1 产品描述 该产品由发射模块、中间模块和接收模块三部分 组成 ,每个模块由屏蔽板封闭而独立。散热器与机壳 同为一体 ,并用高效散热的铝制成。热设计要求为器 件温度最高不超过 100 ℃。 尺 寸 : 164 mm ×140 mm ×82. 6 mm 耗散功率 : 27. 7 W 环境温度 : 30 ℃ ±2 ℃ 重 量 : › 3. 5 kg 2. 2 计算模型 用商品化热分析软件 FLOTHERM 建立整个计算 区域的模型 ,模型包括封闭腔内外的流场 (空气 ) ,发 热器件和铝针式散热器 ,如图 1所示。 图 1 电子设备仿真模型 2. 3 散热器底板厚度对温度的影响 底板的设计包括底板厚度和底板长宽尺寸设计。 在底板材料确定的条件下 ,底板的厚度会影响其本身 的热阻 ,从而影响散热器底板的温度分布和均匀性。 表 1 五种厚度算例的结果 厚度 (mm) 最高温度 (℃) 最高流速 (m . s) 散热器平均温度 (℃) 4 102. 23 0. 44555 80. 029 5 102. 03 0. 44368 79. 811 6 101. 85 0. 44172 79. 618 7 101. 68 0. 43964 79. 443 8 101. 5 0. 4373 79. 254 从表 1可以看出散热器底板厚度对平均温度的影 响并不显著。当底板厚度为 4mm时 ,散热器平均温度 过高 ,此时如果仅仅增加散热器底板厚度并不能使器 件的温度得到明显的降低 ,相反却增加了重量和成本 , 因此需要采用其它方式来满足降温要求。 2. 4 正交试验设计和结果分析 2. 4. 1 正交试验设计 在针肋式散热器设计中 ,设计参数为肋厚 (针肋 截面为正方形 )、肋长和肋高。试验证明 ,肋片以薄为 宜 ,但厚度过小 ,将给加工增加困难 ;当散热器尺寸一 定时 ,减小肋间距 ,则肋化系数增加 ,热阻降低 ,但由于 流体的粘滞作用 ,肋间距过小将引起换热效果变差 ;肋 高可增加散热面积 ,但过高会降低刚度。如上所述 ,我 们取肋厚 ,代号为 A;肋长 ,代号为 B;肋高 ,代号为 C。 因子数及水平值如表 2所示。 表 2 正交试验的因子数及水平值 水平 项 目 肋 厚 (mm) 肋 长 (mm) 肋 高 (mm) 水平 1 3 140 8 20 水平 2 4 152 32 水平 3 5 164 2. 4. 2 结果分析 建立分析问题的表格并模拟计算各个给定条件下的温 度场,得到该条件下的最高温度,并把计算结果填入表 3中。 表 3 计算条件和计算结果 试验号 列 号 肋 厚 (mm) 肋 长 (mm) 肋 高 (mm) 最高温度 (℃) 1 3 140 8 101. 7 2 3 152 20 86. 442 3 3 164 32 77. 888 4 4 140 32 83. 041 5 4 152 8 102. 83 6 4 164 20 87. 333 7 5 140 20 95. 521 8 5 152 32 87. 526 9 5 164 8 102. 94 本文认为温度为 100℃时评为 100分。正交分析 如表 4所示。 表 4 正交试验分析表 试验号 列 号 A B C 得分 1 1 1 1 101. 7 2 1 2 2 86. 442 3 1 3 3 77. 888 4 2 1 3 83. 041 5 2 2 1 102. 83 6 2 3 2 87. 333 7 3 1 2 95. 521 8 3 2 3 87. 526 9 3 3 1 102. 94 R1 266. 03 280. 262 307. 47 R2 273. 204 276. 798 269. 296 R3 285. 987 268. 161 248. 455 R 19. 957 12. 101 59. 015 8 电 子 机 械 工 程 第 22卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net