風冷散熱器傳熱過程分析

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[導讀:] 風冷散熱器傳熱過程分析

 

  我們知道,熱量傳遞的基本方式有三種,即熱傳導、熱對流和熱輻射。對于風冷散熱器而言,熱傳導與熱對流是主要的熱量傳遞方式,熱輻射與熱對流和熱傳導有本質的不同,熱輻射能把熱量以光的速度穿過真空(空氣)從一個物體傳給另一個物體(冷熱物體不需要直接接觸)。在風冷散熱器中為分析方便,一般都把輻射換熱折算成對流換熱,加大對流換熱系數來考慮輻射換熱因素。熱傳導是兩種溫度不同的物體之間,或同一物體但溫度不同的兩部分之間,因直接接觸而引起的熱量交換,物體各部分之間不發生相對位移,導熱過程一直進行到接觸物體的溫度相等為止。

    ●熱量在CPU內的熱傳導(CPU放熱);
   
  ●熱量從CPU表面傳遞到散熱片基部(底部厚度范圍內的熱傳導);
   
  ●熱量從散熱基部傳遞到鰭片端部(鰭片范圍內的熱傳導);
   
  ●散熱片內的熱量通過風扇強制對流散發到空氣中(熱對流、散熱片放熱和空氣吸熱)。
傳熱過程分析
   
  ●熱量在CPU內的傳導,我們無法控制,因為芯片制造廠注定了它的內部條件。因此,我們只有通過外部條件來改變,即用散熱器的改變來控制。
   
  ●散熱器的散熱片與CPU接觸,它們是溫度不同的兩個物體,由于存在溫差,因此產生了熱傳導。使用散熱器的目的是要降低CPU的溫度,使CPU工作溫度始終低于其更高允許值,并處于安全工作范圍內,即散熱片必須將CPU發出的熱量大量帶走。要達到此目的,從熱傳導公式可以看出,傳熱量與導熱系數、接觸面積和平均傳熱溫差成正比,因此可以選用不同的散熱片材料。在后面談散熱片時,我們會專門講到,不同的金屬導熱能力不同,銀更好,其次為純銅、金、純鋁及鋁合金。 對接觸面積而言,由于芯片的表面積由芯片廠商制造時已經固定,但芯片表面與散熱片表面在接觸時,不可能完全密合,因芯片與散熱片表面不可能完全平滑,導熱接觸面積縮減,熱流距離拉大,因此,加入導熱介質可以填補這個缺陷。
   
  ●由于散熱器基部與鰭片部分雖然為同一物體,但它們是同一物體不同溫度的兩個部分,存在溫差,因此,也存在熱傳導。CPU的溫度要不斷的降低,要求散熱片不斷的把CPU熱量大量帶走,同時也要求把散熱片基部的熱量盡量帶到鰭片端部以便進行對流換熱。要加大這部分的傳熱量,主要靠改善鰭片與散熱片的接觸面積來實現,鰭片底部與散熱片基部的連接處為弧狀,就是為了增大接觸面積,以增加基部傳導到鰭片部分的熱量。
   
  ●散熱片將CPU的熱量吸入后,要盡量將其吸入的熱量放出,才能不斷吸取新的熱量,要不斷的將熱量盡量放出,這就需要通過風扇強有力的對流,才能實現。從熱對流換熱量的公式中可以看出,對流換熱量與換熱系數、換熱面積、鰭片表面平均溫度與冷流體溫度之差成正比。換熱面積主要是散熱片的鰭片的表面積及鰭片之間基部面積被風吹到的部分,現在的散熱片的鰭片越來越薄越來越密,都是為了增大換熱面積。

 

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