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　　作者 | 王永康 ，仿真秀專欄作者

　　對于沒有太多熱設計經驗的人來說，散熱器尺寸的計算可能是顯得比較麻煩。有不少商業軟件，輸入你的要求，便可以幫你設計合理的散熱器，以滿足相應的散熱要求。如果無法使用該類型的散熱器設計軟件，則可以使用數學公式，來進行一些快速計算，在滿足熱源所需溫度的前提下，以設計得到合理的散熱器大小尺寸。

　　**步：散熱器設計假定

　　通過做一些簡化假設，可以手動或使用電子表格進行散熱器的分析設計。設定熱源的溫度要求，將計算出散熱器的尺寸要求。

　　圖1 板翅散熱器的幾何尺寸

　　圖1為一個典型的板翅散熱器幾何示意圖。這種散熱器通常用來冷卻LED燈具、Mos管等等。對于這樣一個散熱器而言，需要確定6個數值。

　　為了減少計算的復雜性，需要做以下假定：

　　1、翅片厚度t、基板厚度b導致的面積比散熱器整體的面積小很多；

　　2、散熱器的導熱率足夠大，以至于散熱器表面的溫升比較均勻，與熱源的溫度近似相等；

　　3、散熱器的長寬與熱源相同，并且散熱器安裝與熱源的中心位置；

　　4、熱源與散熱器基本緊密接觸。

　　上述假定將對散熱器的計算產生一些誤差. 但是，進行此類計算，主要是為了粗略計算散熱器的尺寸大小，然后再使用更加復雜的計算方法、或者軟件來改進散熱器的設計。所以，假定引起的誤差可以忽略。

　　如圖1所示，本案例分析的散熱器，處于自然對流和輻射換熱的工況下，其板翅翅片垂直放置。

　　自然對流計算

　　散熱器尺寸的限制，首先必須考慮散熱器的深度L和高度H，其次在L和H的基礎上，可以對散熱器的寬度W, 散熱器翅片的間隙s，散熱器翅片的個數N 進行計算。自然對流換熱量Qc1，主要是從散熱器的表面 A1散發的熱量，如圖2所示。這部分熱量通過下式來控制：

　　(1)

　　這里:

　　是熱源的溫度，

　　是環境的空氣溫度

　　(2)

　　面積A1對應的對流換熱系數 h1 可以使用公式3來計算。這個公式適合于自然對流垂直表面的工況。面積A1包含散熱器水平面的小尺寸面積。對于自然對流而言，水平面和垂直面的換熱差異不是很明顯，當然，水平面的換熱能力相對弱小一些。因此，將公式式3應用于整個散熱器區域不會帶來很大的誤差，可以是的計算簡化。

　　(3)

　　接下來需要計算散熱器面積A2 帶走的散熱量Qc2 ，A2面積如圖2所示。

　　(4)

　　對于自然對流而言，翅片之間的*佳間隙sopt （可以帶走的*大換熱量）可以通過公式5來計算. 通過公式5計算出*佳的翅片間隙，可以使翅片的內表面積和對流換熱系數的乘積*大。

　　(5)

　　這里:

　　g是重力加速度；

　　是空氣的膨脹系數，

　　(6)

　　是空氣在Tavg時候的熱擴散系數；

　　是空氣在Tavg時候的運動粘度。

　　翅片之間的對流換熱系數可以使用公式7來計算：

　　(7)

　　這里k是空氣在在Tavg時候的導熱率。

　　圖2. 用于計算散熱器熱量耗散的面積

　　由于自然對流從面積 A2 區域散發的散熱量 Qc2可以使用公式8來計算：

　　（8）

　　對流換熱系數h2是翅片間垂直面的換熱系數；這個對流系數包括在面積A2中的小尺寸水平面以及散熱器外部的小垂直面。

　　第二步：輻射換熱計算

　　對于散熱器自然冷卻而言，輻射換熱所占的比重是非常明顯的。因此自然冷卻熱計算，必須考慮散熱器尺寸。與散熱器計算自然對流一樣，用公式9可以計算了A1區的輻射散熱Qr1。

　　(以下公式10~11在此省略，點擊原文鏈接完整閱讀全文：這13個數學公式，3步搞定自然冷卻散熱器尺寸）

　　第三步：散熱器尺寸計算這13個數學公式，4步搞定自然冷卻散熱器尺寸_Icepak_流體基礎_通用-仿真秀干貨文章

　　作者：王永康 仿真秀專欄作者

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