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型材散热器的优化设计及原理
发布时间：2019-11-06 浏览次数：148
随着电子设备功率密度的增加及其整体形状因 子的减小, 采用耗费材料和制造成本最少的方案来设计性能优化的散热器显得尤为重要。在优化散热器热性能的过程中, 首先要确定在特定的工作条件下给定散热器的最大理论热特性, 其次要确定的就是散热器在实际工作条件下的热特性。
对于一个带有散热器的集成块, 系统整体热特性可根据总热阻来确定。总热阻由三个部分组成: 内热阻 Rjc , 界面热阻 Rcs 以及散热器热阻 Rsa :
R total = Rja = Rjc +Rcs +Rsa
Rjc和 Rcs 不受流速影响, 可近似为常量, Rsa 对流速极为敏感, 散热器的优化问题就转化为最小化 R sa 问题。
在电子设备冷却应用中, 所给定的流速通常是指流向散热器的临近流速。但是, 只有流经散热器肋片的空气流速才是影响散热器性能的值, 这一流速被称为通道空气流速。
用管道将气流输入散热器是一种增加通道流速 的方法, 如果采用完全的通道输送气流, 散热器通道空气流速就可达到流向散热器的临近流速, 在这种情况下就可以确定散热器最大的理论热性能。
如果不采用管道输送气流, 或完全的通道输送不可能实现时, 当气流遇到散热器时会发生绕流现象, 就会使换热系数减小, 导致散热器的热阻上升。
型材散热器优化原理
散热器的优化问题属于有约束多变量优化问题, 其目标函数是散热器与环境之间的热阻, 设计变量是设计者可控制的参数(肋高 、肋长 、肋厚、肋片数目 、肋片形状 、肋片材料等)。
这里采用复合形法进行求解。复合形法属约束直接搜索法的一种, 直接搜索法是在可行域中直接比较函数值, 不断用改进点代替最坏点, 从而寻得最优点的一种方法。这种方法对目标函数和约束函数的连续性和可微性没有要求, 不用求导。
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