摘要：\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖4 散熱片間距和長度對散熱效率的影響,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E認知提升領域三: 使用最大風扇流量來估算散熱器性能\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E冷卻風扇製造商通常會在列出風扇性能時說明最大風扇流量，對於那些不熟悉風扇的人來說，這很容易產生誤導。\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖3 散熱片間距和長度對散熱效率的影響,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E熱邊界層的厚度也與傳熱率成比例，較短的散熱器將比相同翅片間距和表面積的其他散熱器具有更好的散熱性能。

"\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRAlLOZI96oq6vz\" img_width=\"650\" img_height=\"241\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E換熱器與散熱器對設備可以長效穩定運行起到了關鍵的作用，3D打印用於換熱器和散熱器的製造滿足了產品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發展趨勢。特別是用於異形、結構一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分複雜的形狀、點陣結構等加工，3D打印具有傳統制造技術不具備的優勢。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E本期，通過谷.專欄文章《3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？》來揭示衡量換熱器\u002F散熱器性能的多角度思維方式。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E一般在評估散熱器的性能時，如果對影響散熱器性能的基本因素不理解，那麼選擇的散熱器可能不足以滿足冷卻設備的散熱要求。這將導致設計和測試任務的循環迭代，最終耽誤產品的開發進程。本文詳細分析了常見的三個誤區，以幫助開發者提升認知，節約開發時間 。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E認知提升領域一: 用產品製造商提供的熱阻來評估散熱器性能\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E散熱器的熱阻是用來評估特定應用中散熱器性能的最常用方法。如公式1所示，通過將散熱片的熱阻Rth乘以被冷卻裝置的耗散功率Q，再加上環境溫度Tamb，可以確定裝置的外殼溫度Tc 。選擇散熱器的典型方法是首先使用公式1計算所需的散熱器熱阻，然後選擇熱阻小於或等於計算值的散熱器。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E散熱器製造商提供的熱阻一般是通過一個方形熱源的散熱器測得的，通常是將一個具尺寸爲25.4 mm x 25.4 mm的方形熱源（固定熱耗）連接到散熱器基板底面中心，然後測量溫差，通過公式1就能計算散熱器的熱阻。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E如果使用該方法測量的熱阻值來選擇散熱器，經常會出現選擇的散熱器不符合散熱需求的情況，這是因爲散熱器的熱阻不是一個常數。同一散熱器的熱阻將隨着熱源相對於散熱器基準面的大小而變化。如果您使用的熱源明顯小於製造商在測試實際散熱器時使用的熱源，則熱阻值可能遠遠高於製造商的測試值。這是由於熱量從熱源區域流向散熱器頂部表面時，由熱擴散阻力導致的。相對於散熱器的基板面積而言，熱源面積越小，散熱器的熱擴散阻力越大，散熱器的總熱阻就越大。在強制對流冷卻的情況下，對流擴散阻力對散熱器的影響最爲顯著。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRXtpv0v8srOg8I\" img_width=\"441\" img_height=\"312\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖1 散熱器幾何模型示意圖,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E圖2爲在強制對流冷卻情況下，熱源的尺寸與散熱器熱阻的關係曲線。散熱器的外形尺寸如圖1所示。散熱器的長度爲76.2毫米，熱源的長度和寬度相同，並由Ls決定。流量爲5 CFM，熱源散發的熱量爲59 W，環境溫度爲30oC。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRXtpv17IkEM4qZ\" img_width=\"446\" img_height=\"314\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖2 熱源尺寸對散熱器熱阻的影響,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E散熱器製造商提供的散熱器的熱阻值通常是針對長度爲76.2毫米的散熱器。需要注意的是，當散熱器輪廓相同時，散熱器的熱阻不隨長度（即散熱器的深度）而線性增加。隨着長度的增加，由於熱源面積與散熱器底部面積的比值減小，擴散阻力也會隨之增加。這樣部分表面積增加帶來的傳熱收益被擴散阻力的增加所抵消。此外，隨着散熱器長度的增加，對流過程中散熱器的傳熱效率也會降低。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E認知提升領域二: 僅僅根據表面積來選擇散熱器\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在確定散熱器所需的表面積時，很多文章中通常會給出單位面積的散熱值。這將讓許多人以爲簡單地增加散熱器的表面積就可以改善散熱器的性能，而事實並非如此。散熱器的性能不僅取決於表面積，還取決於散熱器的所有相關尺寸，其中最關鍵的是散熱翅片之間的間距。散熱片之間的間距對散熱片表面的散熱速度有很大影響，這通常被稱爲傳熱係數h。表面積A和散熱率h，決定了散熱器的表面溫度Ts，如公式2所示：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E式中：Q是散熱器的總散熱量;\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E隨着翅片之間的間距在某一點減小，傳熱會隨之惡化，這主要是由於熱邊界層厚度的增加。熱邊界層通常被描述爲：散熱器翅片表面附近的空氣溫度高於環境溫度的區域。當空氣進入翅片之間的空間並沿翅片長度方向生長時，熱邊界層最薄。翅片之間的間隔越近，熱邊界層與相鄰翅片合併的越快。這將產生了較高溫度的空氣區域，從而降低了從散熱器表面到翅片之間空氣的熱傳遞速率。爲了獲得最低的散熱器溫度和被冷卻源的最低溫度，必須在散熱片的間隔和散熱器的表面積之間取得平衡。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRXtpv1VC3emw8U\" img_width=\"463\" img_height=\"399\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖3 散熱片間距和長度對散熱效率的影響,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E熱邊界層的厚度也與傳熱率成比例，較短的散熱器將比相同翅片間距和表面積的其他散熱器具有更好的散熱性能。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E爲了證明最佳翅片間距的重要性，我們來對比一下散熱器熱阻的變化與散熱片的翅片數量之間的關係，如圖1所示。散熱器的底座垂直放置，散熱器通過自然對流散熱，在此算例中忽略輻射換熱。熱源的長度和寬度均爲25.4mm，熱源散發的熱量爲20W。圖4顯示了在自然對流工況下，翅片間距對散熱器性能的影響。應當注意的是，當散熱器翅片個數爲8個、表面積爲0.045m2時，散熱器的熱阻最低，而當散熱器翅片個數15個、表面積爲0.084m2時，散熱器的熱阻反而更高。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRXtpvIvDCl3m18\" img_width=\"467\" img_height=\"264\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖4 散熱片間距和長度對散熱效率的影響,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E認知提升領域三: 使用最大風扇流量來估算散熱器性能\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E冷卻風扇製造商通常會在列出風扇性能時說明最大風扇流量，對於那些不熟悉風扇的人來說，這很容易產生誤導。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E如圖5中所示，風扇的流速與風扇的壓降成反比。當風扇的壓降爲零時，流速最大，而這僅僅是在風扇前方或後方沒有障礙物時，允許空氣自由流入和流出風扇時纔會發生。一旦有障礙物放置在風扇前面，諸如散熱器等等，風扇上就會有一些正壓降，障礙物對來流空氣阻擋越大，壓降越大。圖5顯示了電子冷卻中風機的PQ壓力流量曲線圖。通過風扇的壓降越大，風扇提供的流量就越低。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002FRXtpvJC1r8wueF\" img_width=\"477\" img_height=\"275\" alt=\"專欄 l 3D打印的優勢領域，如何避開散熱器選擇的三個誤區？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp\u003E圖5 風扇、散熱器P-Q曲線及風機工作點,來源：安世亞太\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E散熱器翅片的密度越大，空氣的流動阻力就越大，從而導致風扇上的壓降更高並且風扇提供的空氣流量更低。風扇壓力流量曲線與散熱器壓力流量曲線的交點，就是風機的工作點，如圖5所示。要使得在某一風量下具有最大的散熱量，必須選擇合理的風扇和散熱器尺寸，絕不可以使用風機的最大流量來評估散熱性能。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E更多關於3D打印在換熱器\u002F散熱器領域的應用，請參考3D打印與換熱器及散熱器白皮書1.0(上篇)，3D打印與換熱器及散熱器白皮書1.0（下篇）。此外，3D科學谷將於2019年11月發佈更新版本的《3D打印與換熱器及散熱器白皮書》，敬請關注。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E更多信息或查找往期文章，請登陸www.3dsciencevalley.com,在首頁搜索關鍵詞\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E網站投稿請發送至[email protected]\u003C\u002Fp\u003E"'.slice(6, -6), groupId: '6720179935035523596