2024年5月22日发(作者：高昊焱)
散热器选型，散热面积理论计算及风扇选择。
散热器选择的计算方法
一，各热参数定义：
Rja——— 总热阻，℃/W；
Rjc———器件的内热阻，℃/W；
Rcs———器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；
Rsa——— 散热器热阻，℃/W；
Tj——— 发热源器件内结温度，℃；
Tc———发热源器件表面壳温度，℃；
Ts——— 散热器温度，℃；
Ta——— 环境温度，℃；
Pc———器件使用功率，W；
ΔTsa ——— 散热器温升，℃；
二，散热器选择：
Rsa =(Tj-Ta)／Pc - Rjc -Rcs
式中：Rsa（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。
Tj 和Rjc 是发热源器件提供的参数，
Pc 是设计要求的参数，
Rcs 可从热设计专业书籍中查表,或采用Rcs=截面接触材料厚度/（接触面积X接触材料导
热系数）。
（1） 计算总热阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)／Pc
（2） 计算散热器热阻Rsa 或温升ΔTsa：Rsa = Rja－Rtj－Rtc
ΔTsa＝Rsa×Pc
（3）确定散热器
按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rsa 或ΔTsa 和Pc 选择散热器，
查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或ΔTsa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到
了合适的热阻散热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热器流阻
曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风扇。
散热器热阻曲线
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
三，散热器尺寸设计：
对于散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时，可以按以下方法确定：
按上述公式求出散热器温升ΔTsa，然后计算散热器的综合换热系数α：
α＝7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)／20]}
式中：
ψ1——— 描写散热器L/b 对α的影响，（L 为散热器的长度，b 为两肋片的间距）；
ψ2——— 描写散热器h/b 对α的影响，（h 为散热器肋片的高度）；
ψ3——— 描写散热器宽度尺寸W 增加时对α的影响；
√√ [(Tf-Ta)／20]———描写散热器表面最高温度对周围环境的温升对α的影响；
以上参数可以查表得到。
计算两肋片间的表面所散的功率q0
q0 =α×ΔTfa×（2h+b）×L
根据单面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pc′
单面肋片：Pc′＝nq0
双面肋片：Pc′＝2nq0
（单面肋，简单的说，就是一边带肋，一边是一个平面。利于在特定场合下的装配，例如在
电源模块上。）
若Pc′ ＞Pc 时则能满足要求。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
四，估算散热器表面积：
由Q=HA（T1-T2）结合修正系数推得：
S = 0.86W/(△T*a))
(平方米)
式中
△T——散热器温度与周围环境温度（Ta）之差（℃）；
α（h）——换热系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。
α的值可以表示为:
α= Nu*λ/L
式中λ——热电导率由空气的物理性质决定；
L——散热器高度；
Nu——空气流速系数。
Nu值由下式决定
Nu = 0.664* [(V/V1)^(1/2)]*[Pr^(1/3)]
式中 V——动黏性系数，是空气的物理性质；
V1——散热器表面的空气流速；
Pr——参数（见下表）。
温度t/℃
0
20
40
60
80
100
120
0.262
0.230
0.0285
0.217
0.0272
0.70
0.196
0.0260
0.70
0.175
0.0247
0.70
0.156
0.0234
0.71
0.138
0.0221
0.71
动黏性系数
0.0207
0.71
热电导率
0.72
Pr
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
~~~~~`
五，计算阻力压降：
计算流经散热器阻力压降：
在算出换热系数h（α）之后，根据预选的散热器表面的空气流速V，计算流经散热器的空
气阻力压降：
△P=f*（L/D）*(1/2)*(ρ
V
)
2
式中： ΔP —— 沿程压力损失，Pa；
V —— 空气平均流速，m/s；
f —— 沿程阻力系数；
ρ —— 空气密度，kg/m3；
L —— 沿程长度，m；
D —— 当量直径，m。（D=4散热器截面面积/截面周长）。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
六，计算流量：
计算流经散热器流量
Q=AV
式中
Q---流量
A--风量流经散热器截面积
V---风量流经散热器风速
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
七，风扇选择：
根据计算获得的Q和△P，选择风扇PQ曲线内包含Q与△P点即可。
风扇PQ曲线
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线分别代表不同系统的特性曲线。系统特性曲线与风扇的特性曲线的交点
就是该风扇的工作点，推荐系统工作在C 点，低阻力工作点。
风扇选型工作点在实际风扇曲线下方即可满足要求。
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2024年5月22日发(作者：高昊焱)
散热器选型，散热面积理论计算及风扇选择。
散热器选择的计算方法
一，各热参数定义：
Rja——— 总热阻，℃/W；
Rjc———器件的内热阻，℃/W；
Rcs———器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；
Rsa——— 散热器热阻，℃/W；
Tj——— 发热源器件内结温度，℃；
Tc———发热源器件表面壳温度，℃；
Ts——— 散热器温度，℃；
Ta——— 环境温度，℃；
Pc———器件使用功率，W；
ΔTsa ——— 散热器温升，℃；
二，散热器选择：
Rsa =(Tj-Ta)／Pc - Rjc -Rcs
式中：Rsa（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。
Tj 和Rjc 是发热源器件提供的参数，
Pc 是设计要求的参数，
Rcs 可从热设计专业书籍中查表,或采用Rcs=截面接触材料厚度/（接触面积X接触材料导
热系数）。
（1） 计算总热阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)／Pc
（2） 计算散热器热阻Rsa 或温升ΔTsa：Rsa = Rja－Rtj－Rtc
ΔTsa＝Rsa×Pc
（3）确定散热器
按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rsa 或ΔTsa 和Pc 选择散热器，
查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或ΔTsa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到
了合适的热阻散热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热器流阻
曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风扇。
散热器热阻曲线
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三，散热器尺寸设计：
对于散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时，可以按以下方法确定：
按上述公式求出散热器温升ΔTsa，然后计算散热器的综合换热系数α：
α＝7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)／20]}
式中：
ψ1——— 描写散热器L/b 对α的影响，（L 为散热器的长度，b 为两肋片的间距）；
ψ2——— 描写散热器h/b 对α的影响，（h 为散热器肋片的高度）；
ψ3——— 描写散热器宽度尺寸W 增加时对α的影响；
√√ [(Tf-Ta)／20]———描写散热器表面最高温度对周围环境的温升对α的影响；
以上参数可以查表得到。
计算两肋片间的表面所散的功率q0
q0 =α×ΔTfa×（2h+b）×L
根据单面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pc′
单面肋片：Pc′＝nq0
双面肋片：Pc′＝2nq0
（单面肋，简单的说，就是一边带肋，一边是一个平面。利于在特定场合下的装配，例如在
电源模块上。）
若Pc′ ＞Pc 时则能满足要求。
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四，估算散热器表面积：
由Q=HA（T1-T2）结合修正系数推得：
S = 0.86W/(△T*a))
(平方米)
式中
△T——散热器温度与周围环境温度（Ta）之差（℃）；
α（h）——换热系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。
α的值可以表示为:
α= Nu*λ/L
式中λ——热电导率由空气的物理性质决定；
L——散热器高度；
Nu——空气流速系数。
Nu值由下式决定
Nu = 0.664* [(V/V1)^(1/2)]*[Pr^(1/3)]
式中 V——动黏性系数，是空气的物理性质；
V1——散热器表面的空气流速；
Pr——参数（见下表）。
温度t/℃
0
20
40
60
80
100
120
0.262
0.230
0.0285
0.217
0.0272
0.70
0.196
0.0260
0.70
0.175
0.0247
0.70
0.156
0.0234
0.71
0.138
0.0221
0.71
动黏性系数
0.0207
0.71
热电导率
0.72
Pr
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五，计算阻力压降：
计算流经散热器阻力压降：
在算出换热系数h（α）之后，根据预选的散热器表面的空气流速V，计算流经散热器的空
气阻力压降：
△P=f*（L/D）*(1/2)*(ρ
V
)
2
式中： ΔP —— 沿程压力损失，Pa；
V —— 空气平均流速，m/s；
f —— 沿程阻力系数；
ρ —— 空气密度，kg/m3；
L —— 沿程长度，m；
D —— 当量直径，m。（D=4散热器截面面积/截面周长）。
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六，计算流量：
计算流经散热器流量
Q=AV
式中
Q---流量
A--风量流经散热器截面积
V---风量流经散热器风速
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七，风扇选择：
根据计算获得的Q和△P，选择风扇PQ曲线内包含Q与△P点即可。
风扇PQ曲线
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线分别代表不同系统的特性曲线。系统特性曲线与风扇的特性曲线的交点
就是该风扇的工作点，推荐系统工作在C 点，低阻力工作点。
风扇选型工作点在实际风扇曲线下方即可满足要求。
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