西電電子設(shè)備熱控制技術(shù)16級作業(yè)四答案

西電電子設(shè)備熱控制技術(shù)16級作業(yè)四答案PAGE/作業(yè)4答案考慮一個(gè)電子器件，安裝在50mm×50mm的印制電路板上，通過空氣冷卻。相應(yīng)的結(jié)-殼熱阻、結(jié)-板熱阻和殼-空氣熱阻分別是5℃/W、10℃/W、20℃/W。印制電路板的厚度為2mm，由4層0.035mm厚的銅層夾在環(huán)氧玻璃間組成。銅的導(dǎo)熱系數(shù)是390W/(m·K)，環(huán)氧玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是0.35W/(m·K)。板的背側(cè)空氣流速為2m/s。畫出熱阻網(wǎng)絡(luò)來描述從器件結(jié)點(diǎn)到空氣的熱傳遞路徑。RRtbRbaRjcRcatjtctfRjbtbttbbPD其中：Rjc——結(jié)-殼熱阻，5℃/W； Rca——?dú)?空氣熱阻，20℃/W； Rjb——結(jié)-板熱阻，10℃/W； Rtb——印制電路板法向?qū)釤嶙?，由?jì)算確定； Rba——印制電路板背側(cè)對流熱阻，由計(jì)算確定。b.確定印制電路板的法向熱阻。印制板的法向熱阻由4層銅層及環(huán)氧玻璃串聯(lián)組成，其值為：c.確定板子到空氣的對流傳熱熱阻（用25℃時(shí)的空氣物性）。①定性溫度：25℃，特征尺寸：0.05m②空氣的物性參數(shù)：，③計(jì)算Re數(shù)∴流動(dòng)為層流④計(jì)算Nu數(shù)及對流換熱系數(shù)h⑤對流熱阻：d.確定器件的結(jié)-空氣熱阻。一個(gè)電路板上的所有散熱部件均連接在一個(gè)600mm×400mm的熱擴(kuò)散板（如圖所示）上，由其表面空氣的強(qiáng)制對流冷卻。通過熱擴(kuò)散板的總散熱量為200W，空氣的速度為2m/s，溫度為25℃。a.有兩種氣流方向可以選擇：其一是沿著600mm側(cè)邊的方向，其二是沿著400mm側(cè)邊的方向。試分析哪種氣流方向會(huì)使板的溫度更低。①定性溫度為25℃，此時(shí)空氣的物性參數(shù)為：，②若氣流沿600mm側(cè)邊方向，則特征尺寸l=0.6m；若氣流沿400mm側(cè)邊方向，特征尺寸l=0.4m。③沿600mm側(cè)邊：沿400mm側(cè)邊：∴流動(dòng)均為層流④沿600mm側(cè)邊：沿400mm側(cè)邊：有上述計(jì)算結(jié)果可知，空氣沿400mm側(cè)邊方向流動(dòng)，熱擴(kuò)散板表面的對流換熱系數(shù)要大于沿600mm側(cè)邊方向流動(dòng)，因此空氣沿400mm側(cè)邊方向會(huì)使板的溫度更低。b.根據(jù)(a)所選的氣流方向計(jì)算熱擴(kuò)散板的溫度。根據(jù)(a)的計(jì)算結(jié)果，氣流沿400mm側(cè)邊方向時(shí)板表面的對流換熱系數(shù)，因此根據(jù)牛頓冷卻公式，可得熱擴(kuò)散板的表面溫度tw為：c.除了強(qiáng)制對流換熱外，考慮該熱擴(kuò)散板的自然對流換熱。假設(shè)熱擴(kuò)散板水平放置，且從上表面散熱，使用(b)中算得的熱擴(kuò)散板溫度，計(jì)算熱擴(kuò)散板上表面自然對流換熱系數(shù)。解：①定性溫度：，特征尺寸：②根據(jù)定性溫度查取空氣的物性參數(shù)，，， ③計(jì)算Gr數(shù)，判斷流態(tài)∴流動(dòng)為紊流，C=0.15，n=1/3④計(jì)算Nu數(shù)和對流換熱系數(shù)分析一個(gè)50mm×50mm×2mm的電子器件（如下圖所示），結(jié)-殼熱阻和結(jié)-板熱阻分別是5℃/W和15℃/W。器件安裝在50mm×50mm的PCB上，PCB厚度為2mm。PCB用環(huán)氧玻璃制成，導(dǎo)熱系數(shù)為0.35W/(m·℃)。其內(nèi)有20個(gè)直徑為0.5mm的銅柱填料，以增加PCB的法向熱導(dǎo)率。器件頂部和PCB底部的對流換熱系數(shù)分別是25W/(m2·℃)和5W/(m2·℃)，銅的導(dǎo)熱系數(shù)是390W/(m·℃)。a.器件殼-空氣熱阻是多少？b.PCB的法向熱阻是多少？從傳熱路徑上分析，銅柱與環(huán)氧玻璃是并聯(lián)的關(guān)系。20個(gè)銅柱的導(dǎo)熱熱阻：環(huán)氧玻璃的導(dǎo)熱熱阻：故PCB的法向熱阻：c.PCB底部和空氣之間的熱阻是多少？d.畫出結(jié)點(diǎn)至空氣間的總熱阻圖，并計(jì)算器件的結(jié)-空氣熱阻。熱阻圖從略。結(jié)-空氣熱阻為：某電子設(shè)備機(jī)殼尺寸為：長610mm，寬350mm，高300mm，機(jī)殼外表面平均溫度為65℃，周圍空氣溫度為35℃， 解：⑴機(jī)箱側(cè)面自然對流散熱量 ①定性溫度： 特征尺寸：H＝0.3 ②判斷空氣流動(dòng)狀態(tài) ∴流態(tài)為層流，C＝0.59，n＝1/4。 ④ ⑤計(jì)算機(jī)箱側(cè)壁自然對流散熱量 散熱面積： 側(cè)壁自然對流散熱量： ⑵機(jī)箱頂面自然對流散熱量