风冷散热器传热过程分析

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[导读:] 风冷散热器传热过程分析

 

  我们知道,热量传递的基本方式有三种,即热传导、一级爱情片热对流和热辐射。对于风冷散热器而言,热传导与热对流是主要的热量传递方式,热辐射与热对流和热传导有本质的不同,热辐射能把热量以光的速度穿过真空(空气)从一个物体传给另一个物体(冷热物体不需要直接接触)。在风冷散热器中为分析方便,一般都把辐射换热折算成对流换热,加大对流换热系数来考虑辐射换热因素。热传导是两种温度不同的物体之间,或同一物体但温度不同的两部分之间,因直接接触而引起的热量交换,物体各部分之间不发生相对位移,导热过程一直进行到接触物体的温度相等为止。

    ●热量在CPU内的热传导(CPU放热);
   
  ●热量从CPU表面传递到散热片基部(底部厚度范围内的热传导);
   
  ●热量从散热基部传递到鳍片端部(鳍片范围内的热传导);
   
  ●散热片内的热量通过风扇强制对流散发到空气中(热对流、一级爱情片散热片放热和空气吸热)。
传热过程分析
   
  ●热量在CPU内的传导,我们无法控制,因为芯片制造厂注定了它的内部条件。因此,我们只有通过外部条件来改变,即用散热器的改变来控制。
   
  ●散热器的散热片与CPU接触,它们是温度不同的两个物体,由于存在温差,因此产生了热传导。使用散热器的目的是要降低CPU的温度,使CPU工作温度始终低于其更高允许值,并处于安全工作范围内,即散热片必须将CPU发出的热量大量带走。要达到此目的,从热传导公式可以看出,传热量与导热系数、一级爱情片接触面积和平均传热温差成正比,因此可以选用不同的散热片材料。在后面谈散热片时,我们会专门讲到,不同的金属导热能力不同,银更好,其次为纯铜、一级爱情片金、一级爱情片纯铝及铝合金。 对接触面积而言,由于芯片的表面积由芯片厂商制造时已经固定,但芯片表面与散热片表面在接触时,不可能完全密合,因芯片与散热片表面不可能完全平滑,导热接触面积缩减,热流距离拉大,因此,加入导热介质可以填补这个缺陷。
   
  ●由于散热器基部与鳍片部分虽然为同一物体,但它们是同一物体不同温度的两个部分,存在温差,因此,也存在热传导。CPU的温度要不断的降低,要求散热片不断的把CPU热量大量带走,同时也要求把散热片基部的热量尽量带到鳍片端部以便进行对流换热。要加大这部分的传热量,主要靠改善鳍片与散热片的接触面积来实现,鳍片底部与散热片基部的连接处为弧状,就是为了增大接触面积,以增加基部传导到鳍片部分的热量。
   
  ●散热片将CPU的热量吸入后,要尽量将其吸入的热量放出,才能不断吸取新的热量,要不断的将热量尽量放出,这就需要通过风扇强有力的对流,才能实现。从热对流换热量的公式中可以看出,对流换热量与换热系数、一级爱情片换热面积、一级爱情片鳍片表面平均温度与冷流体温度之差成正比。换热面积主要是散热片的鳍片的表面积及鳍片之间基部面积被风吹到的部分,现在的散热片的鳍片越来越薄越来越密,都是为了增大换热面积。

 

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