热设计黄金法则：如何通过调整长宽，将散热器热阻降到最低？
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本期给大家带来的是关于散热器热阻受长宽尺寸影响分析研究内容，希望对大家有帮助。
前面文章分享过关于散热器肋片形状与流速的影响情况，详细内容可点击下面链接进行了解。
本期内容，我们看看散热器本体的长度、宽度对其散热性能的影响。
散热器热阻（Rsa）的定义如下式
其中，
Afin：散热肋片面积（包含肋片间距间的基板面积）
Cp：比热
h：换热系数
m：质量流量
Vf：肋片间的流速
η：散热片效率
ρ：流体密度
Rsa：散热器与空气之间的热阻
如图1所示，通过直肋片散热器的CFD模拟，清楚地展示了流动的三维特性。
图1：通过直线肋片散热器气流的流体动力学模拟图
图2.区域流量示意图
图2显示了旁路流量V和通过鳍场的流量Vf，
根据能量守恒得出，
应用连续方程，假设散热器肋片之间的通道产生Poiseuille流，得到计算式，
则，
其中，
Ad：系统通道截面积
Af：肋片之间的通道截面积
S：肋片间距
L：流动方向的肋片长度
δPhs：散热器压降
V：旁路流体速度
Vd：管道流速
Vf：肋片间流速
给定Vd，则可根据上述多个计算式，获得Vf。
为了更好的进行参数研究，评估长度和宽度对散热器性能的影响，下面给定散热器的基本参数，
W=40mm
L=40mm
Hfin=14.5mm
基板厚度：1.5mm
肋片数量：10
V=2m/s
图3显示了热阻与翅片长度的关系函数。热阻从20毫米的肋片长度开始下降，并在大约80毫米的长度开始稳定。
图3 均匀热分布的散热器热阻随长度的变化图
热阻保持几乎不变到肋片长度为170毫米，然后开始增加。
随着压降的升高和肋片通道内空气温度的升高，散热器的性能也会下降。
此时，空气温度基本上已达到散热器的温度，因此无法再提升散热效率。
有人可能会认为，由于表面积的增加了，热阻应该会降低。但在达到一定长度后，翅片内部的空气温度和翅片表面的温度基本相同，所以不会发生传热。
上述论点是基于热量在散热器底部均匀分布，没有扩散阻力的假设情况下进行讨论。
图4显示了相同散热器的热阻随长度的函数，但热分布固定在40 x 40 mm。
图4.非均匀热分布的散热器热阻随长度的变化图
从图中可以看出，热阻的上升速度比均匀热分布的情况要快得多。这清楚地表明，通过增加散热器的大小，扩散阻力造成了其损失。它不仅没有改善热阻，实际上迅速上升。
对于较低的流量，增加的肋片长度的负面影响将更为明显。
图5显示了在均匀的热分布下，热阻与散热器宽度的函数。
图5：热阻与散热器宽度的关系
这张图显示，热阻持续下降，尽管它在较大的散热器宽度和低流速情况下。这是因为宽度的增加并没有线性地增加表面积，因为肋片的数量保持在10不变。
以上的分析表明，简单地增加一个散热器的大小可能不会产生所需的性能结果。在选择特定的散热器之前，热工程师应该考虑不同的变量，如流量大小和管道或无管道的流量。在分析过程中，扩散热阻也是非常重要的，需要考虑进去。
参考文献
高性能散热器的传热系数相关性
从散热器中能提取多少热量