【《热设计的基本原理和分析方法综述》1500字】

热设计的基本原理和分析方法综述目录TOC\o"1-3"\h\u16197热设计的基本原理和分析方法综述 1192251热设计的基本原理和分析方法 1297922热分析方法 31热设计的基本原理和分析方法热分析的理论依据是流体力学和传热学，热的交换方式有三种：(1)热传导：两个温度不同的物体直接接触，或者一个物体的不同部分，出现了温差，通过物体内部的微小粒子的微观运动发生能量传递的现象。根据傅立叶定律： （1-1）表1公式符号释义：符号内容单位Q热流量，即单位时间内通过某个给定面积的热量Wk导热系数W/mKA导热方向的横截面积m2L传导路径的长度m∆T材料两端温差Kx热流路径m而将通过的热流量除以面积得到热流密度，记为q，单位为W/m2，表达式为： （1-2）一般情况下，材料不同，导热系数不同，k值越大，导热性能越好。在通常热分析中，最简单的情况是所研究的点所有方向上的k值都是一样的，这种情况适用于大多数的液体和固体[14]。热对流：热对流是指流体的内各点发生了相对位移而产生热量交换的过程。此外，当流体存在温差时，也不可避免地会发生热传导，因此热对流也涉及热传导。这种现象称为对流传热。只有气液两相才有对流，而且一般是固体边界与流体发生对流换热。强制对流和自然对流是热对流根据流动的原因划分的两种形式。强制对流是流体因外力产生不同压力而引起的流动。自然对流是流体内部密度差异引起的流动。由牛顿冷却公式得，对流计算中的热量与物体的几何尺寸、温差和其他因素有关。 （1-3）表2公式符号释义：符号内容单位Qc对流交换的热量WA与流体接触的物体的表面积m2h表面传热系数W/m2K∆T物体表面与流体的温差K目前大部分PCB的设计都采用自然对流换热。（3）热辐射：能量通过电磁波进行传播的现象，当物体的温度升高时，物体的原子被激发和振动，产生电磁辐射。依据热辐射定律： （1-4）表3公式符号释义：符号内容单位Qr辐射放出的热量WA参与辐射的面积m2ε物体表面的辐射率，大小和物体温度，材料等有关σ斯蒂藩-玻尔兹曼常量，值为5.763e-12W/m2KTs物体表面温度KTA周围环境温度K这三种传热方法在研究设备冷却时都可采用，但通常以其中一种方法为主。热分析的基础是计算传热。热分析根据实际建立模型，计算和测量热参数。热分析可以给热设计提供很好的数据和保障。电路板热分析讨论元件的配置布局排列方式对散热影响，大功率元件排列位置对散热的影响等等。我们在设计电路板之前一定要对其进行热分析，在分析过程中，我们可以得到温度，速度等关键参数，并可以用图像表示出，甚至拟合成曲线图。分析结果可以快速确定印刷电路板的热问题并找出问题的根本原因，从而可以采取措施消除印刷电路板的高热量集中区域。优化电路板芯片排列方式，改善元件布局散热，使用最合理的元器件配置，合理安排器件布局等等，从而得到最优的散热效果。2热分析方法热分析方法有三种：解析法，模拟法和数值法。（1）解析法。此方法从解决数学问题出发，求出温度分布函数的解。这种方法利用传热学公式和知识就可以解决大多数问题，所得到的解也非常精准，过程也比较容易和简单，但是所能解决的问题非常有限，只能处理基本问题，面对复杂情况下的换热问题往往束手无策。（2）模拟法。如今的工程师非常喜欢用此方法进行热设计和分析，此方法思路巧妙，将所有热阻模拟为一个电阻网络，热变电，用电路问题来解决热问题，因此也成为电阻加热法，适用于各种各样的传热问题，操作简单可行，但不是很准确，经常是粗略估计。（3）数值计算法。常用的数值解法包括有限差分法、有限体积法和有限元法。使用COMSOLMultiphysics基于有限元方法将计算区域划分为有限数量的不重叠单元，在各个单元中的一些节点上，把各变量取代方程变量，求解，并使用基函数的线性组合逼近