[導(dǎo)讀:] 風(fēng)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(dǎo)、熱對流和熱輻射。對于風(fēng)冷散熱器而言,熱傳導(dǎo)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(dǎo)有本質(zhì)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(fēng)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(shù)來考慮輻射換熱因素。熱傳導(dǎo)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(fā)生相對位移,導(dǎo)熱過程一直進(jìn)行到接觸物體的溫度相等為止。
●熱量在CPU內(nèi)的熱傳導(dǎo)(CPU放熱);
●熱量從CPU表面?zhèn)鬟f到散熱片基部(底部厚度范圍內(nèi)的熱傳導(dǎo));
●熱量從散熱基部傳遞到鰭片端部(鰭片范圍內(nèi)的熱傳導(dǎo));
●散熱片內(nèi)的熱量通過風(fēng)扇強(qiáng)制對流散發(fā)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(nèi)的傳導(dǎo),我們無法控制,因?yàn)樾酒圃鞆S注定了它的內(nèi)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(chǎn)生了熱傳導(dǎo)。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(nèi),即散熱片必須將CPU發(fā)出的熱量大量帶走。要達(dá)到此目的,從熱傳導(dǎo)公式可以看出,傳熱量與導(dǎo)熱系數(shù)、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(dǎo)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(jīng)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(dǎo)熱接觸面積縮減,熱流距離拉大,因此,加入導(dǎo)熱介質(zhì)可以填補(bǔ)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(dǎo)。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(jìn)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(shí)現(xiàn),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(dǎo)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(fēng)扇強(qiáng)有力的對流,才能實(shí)現(xiàn)。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(shù)、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(fēng)吹到的部分,現(xiàn)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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