ヒートシンク設計:キーフィンパラメータと熱性能に対するそれらの定量的な影響の詳細な分析

散熱器のパラメータは,その性能,サイズ,コスト,信頼性を決定する主要な要因である.これらのパラメータは相互に関連し,相互に制限する.優れた熱設計は,それらの間での最適なバランスを探すことを含みます以下は,その定義,影響,設計の考慮を含む様々なフィンパラメータの詳細な紹介です.

I. 基本幾何パラメータ

これらのパラメータは,下図1に示されているように,ペニンの物理的形状と配置を直接決定します.

図1:フィンの幾何学パラメータ

1フィンピッチ (P)

定義:2つの隣接する羽根間の中心から中心までの距離.時には羽根間の明確な距離にも言及する.

影響:

1スモールピッチ:容量単位あたりより多くの羽目,より大きな散熱面積,しかし空気抵抗と塵の蓄積への易感度が増加します.

2大きい音声:空気抵抗が低く,塵の蓄積が少なく,全体の散熱面積が減少します.

デザインの検討:熱消耗面積と気流抵抗の最適なバランスを求めなければならない.これは最も重要なトレードオフパラメータの1つです.

2羽根の高さ (H)

定義:羽根から尖端までの垂直高さ

影響:

1高い身長:熱消耗面積を大幅に増やし,冷却能力を高めます.

2否定的な影響:羽根が大きくなるにつれて 端の熱が底板を通り抜けるのが難しくなりますフィン効率が低下する (尖端と根間の温度差が大きい)機械的強度も低下し 振動に易くなります

デザインの検討:高さは,ピッチと厚さと連携して設計されなければならない.高い羽は,通常,空気の流通を妨げないようにするためにより大きなピッチを必要とします.

3フィン厚さ (δ)

定義:羽根の材料の厚さです

影響:

1厚さが増える根から尖端まで熱伝導を容易にする (フィンの自体の導熱抵抗を低下させる),フィンの効率を向上させる.また,より優れた機械的強度を提供します.

2厚さ減少:同じピッチの下では,より多くのフィンを (すなわち,より小さなクリア距離) を可能にし,それによって熱分散面積を増加させ,また空気抵抗を増加させます.

デザインの検討:軽量化や小型化を行う場合,より薄いフィンを使用しますが,プロセスの実行可能性と構造強さを確保する必要があります.

4フィン内半径 (R)

形状によってフィンの内半径 (R) が確保される.一般的に,設計ではR角が小さすぎないようにする.太小なRは,ペニンの裂け目やスタンプ後の平らさを損なうような欠陥を引き起こす可能性があります..

5垂直性偏差角 (a)

ベース表面の垂直相関における各フィンの波の軸の偏差角 (a).これは通常,模具および加工/調整プロセスによって決定される.この角度は,通常 ±3° の範囲で制御されます.この容量を超えると 羽の形成が悪くなる

6フィン形

定義:細かい形状のフィニッシュ

概要:羽根は,シワ状,平ら (直線) や穴状など様々な構造型があります.適切な羽根タイプは,異なる運用条件に基づいて選択できます.羽根 の 拡張 表面 面積 と 流体 流動 を 乱す 能力 が 熱 交換 能力 を 決定 する.

シンプルフィン 特徴:長方形の長方形のフィンを特徴付け,壁が滑らかである.それらの熱伝達と流れ特性は,長い円管の流体流量に似ている.図2を参照.

図2 シンプルフィン

歯ぎしりした羽の特徴:流体チャネルは不均等にスタンプされ,流体の渦巻きが増加し,熱伝送プロセスは強化される.これらは"高効率のフィン"として知られる.図3参照.

図3: 歯ぎしりのあるフィンの形

波状のフィンの特徴:流体渦巻きを促進するために,特定の波動/波を平らなフィンに圧迫する.波が密度が高くなり,振幅が大きいほど,熱伝達の性能が向上する.図4を参照.

図4 波紋状のフィンの形

孔状のフィンの特徴:液体分流器は,平らなフィンに多くの穴を突きつけることで作られる.通常は入口/出口配送部分に配置され,流体の相変化が起こる.下図5を参照.

図5 穴が開いたフィン

II.フィンの性能と物理的パラメータ

これらのパラメータは,フィンの性能特性と物理的性質を記述します.

1. 効率化

定義:羽根の実際の熱消耗と理想的な熱消耗の比率 (羽根全体が根温度にあると仮定する).

影響:

1翼が高く,薄く,または熱伝導性が低い材料で作られているほど,その効率が低い (尖端温度が低い).

2効率が高くなるということは,フィンの素材がよりうまく利用されていることを意味します.

デザインの検討:目的は,羽の効率をできるだけ高めておくこと (通常は>70-80%が望ましい).熱伝導性が良い材料を選んで 高度厚度比を合理的に設計すること.

2液体直径

定義:羽根間の流通経路の特徴を記述するために使用される包括的なパラメータ.

影響:チャネル内の流量特性とレイノルズ数 (Re) を決定し,コンベクト熱伝達係数と流量抵抗に影響を与える.

デザインの検討:エンジニアは流体力学や 熱伝達の計算に使います

3面積と体積の比率

定義:散熱容量単位あたりの熱消耗表面面積

影響:高い比率は,冷却器のコンパクト性を示し,限られた空間内で冷却能力を高めます.

デザインの検討:空間が限られているアプリケーション (例えば,ラップトップ,携帯電話) では,容積比の高い表面面積を達成することが重要です.これは通常,より小さく,より密度の高いフィンを意味します.