基于散熱器設計的大功率IGBT散熱器水冷熱阻計算

由式(7)可以看出，對流換熱熱阻與Dh成正比，與As成反比。可見不能為了追求循環(huán)水量的增加而一味的增大管道水力直徑，這樣并不能取得很好的冷卻效果。減少Rnv則會相應減少散熱器總熱阻，增強散熱效果。將式(3)，式(7)代入式(6)可得總的熱阻計算式為：

式中：le代表散熱器的長度;λf為水的導熱系數(shù)，h為水的強制對流換熱系數(shù)。1.3 計算實例

一般電子設備散熱器采用水冷散熱方式時，散熱器內(nèi)部的液體流通方式分為兩大種：串聯(lián)通道和并聯(lián)通道。如圖1所示分別是兩種模型的水道截面顯示圖。其中A模型是串聯(lián)型水道分布，模型是在每條串聯(lián)的水道中添加了若干條散熱片。B模型是并聯(lián)的水道只存在直行通道，液體從進水口處到出水口處通過并行的水道流過。

兩種水道液體流速分布在ANSYS中模擬如圖2所示，可以清楚的看出兩者水道內(nèi)液體流動分布情況。

選取λf水的導熱系數(shù)為0.5W/mK，h水的強制對流換熱系數(shù)為1 000 W/m2K。為了計算方便將有關散熱片厚度等細小尺寸忽略不計，機車用IGBT四象限模塊的散熱器外形尺寸為L=0.005 m，L=0.55m，B=0.45 m。由于外形尺寸是一樣，串聯(lián)A模型與并聯(lián)B模型的熱阻量的區(qū)別在于As的不同。將散熱器內(nèi)壁上下面板面積，前后面板以及左右面板的面積，以及散熱片總面積分別設為As1，As2，As3，As4。串聯(lián)A模型內(nèi)部散熱片有19片。As1=0.495 m2，As2=0.043 2m2，As3=0.052 8m2，As4=0.820 8 m2?？偟挠行崦娣e此時變?yōu)椋篈s=As1+As2+As3+ As4=1.411 8 m2。再將各參數(shù)代入式(9)中，得出串聯(lián)A模型的熱阻為：

B模型，由速度分布截圖可知，水從入水口處進入，大概只在散熱器中間1/3部分流過，左右兩邊其他部分流速幾乎為0，忽略不計。這樣可以定義上下面板有效散熱面積為整體面積1/3，前后面板有效散熱面積也為整體面積1/3，左右面板沒有水流經(jīng)過不算有效散熱面積。水流經(jīng)過中間散熱片的有效個數(shù)為6片。則有：

2 求解散熱器熱阻和繪制熱阻曲線的軟件

2.1 界面形式

主界面形式如圖3所示。根據(jù)需要，這一軟件主要設計了兩個功能模塊。一個是用來具體水冷熱阻值計算的模塊，另一個是水冷熱阻曲線繪制的模塊。