电子设备热设计及分析技术 第2版PDF电子书下载

第1章 电子设备热设计的理论基础概述 1

1.1 引言 1

1.2 热源与热阻 2

1.3 传热的基本方式及有关定律 3

1.3.1 导热（热传导） 3

1.3.2 对流换热 4

1.3.3 辐射换热 7

1.4 热控制方法的选择 10

1.5 稳态传热 13

1.6 瞬态传热 13

1.7 耗散功率的规定 14

1.8 电子器件的理论耗散功率 15

1.8.1 理论耗散功率 15

1.8.2 有源器件的耗散热 15

1.8.3 无源器件的耗散热 17

思考题与习题 19

第2章 电子设备用肋片式散热器 20

2.1 概述 20

2.2 肋片散热器的传热性能 21

2.3 针肋散热器及其他断面肋 25

2.4 肋片参数的优化 27

2.5 散热器在工程应用中的若干问题 30

2.5.1 散热器的热阻 30

2.5.2 散热器与元器件的合理匹配 31

思考题与习题 38

第3章 电子设备用冷板设计 40

3.1 概述 40

3.2 冷板的结构类型 40

3.2.1 冷板常用肋片形式 41

3.2.2 盖板、底板及隔板 44

3.2.3 封条 44

3.3 冷板传热表面的几何特性 45

3.4 无相变工况下冷板传热表面的传热和阻力特性 47

3.4.1 传热和阻力特性的经验关系式 48

3.4.2 扩展表面的试验数据和关系式 50

3.4.3 强迫液体流动的基本方程 52

3.5 冷板的压力损失 53

3.6 冷板传热计算中的基本参数和方程 54

3.7 冷板的设计计算 56

3.7.1 冷板的校核性计算 56

3.7.2 冷板的设计性计算 57

3.8 冷板式强迫液体冷却系统 62

3.8.1 液体冷却系统用泵 63

3.8.2 存储和膨胀箱 64

3.8.3 液体冷却剂 65

思考题与习题 69

第4章 机箱和电路板的传导冷却 71

4.1 集中热源的稳态传导 71

4.2 均匀分布热源的稳态传导 72

4.3 铝质散热芯电路板 75

4.4 非均匀截面壁的机箱 77

4.5 二维热阻网络 79

4.6 空气接触面的热传导 82

4.7 接触面在高空的热传导 85

4.8 电路板边缘导轨 86

思考题与习题 88

第5章 机箱和电路板的风冷设计 91

5.1 引言 91

5.2 印制电路板机箱的自然对流冷却 91

5.2.1 印制电路板之间的合理间距 91

5.2.2 自然对流换热表面传热系数的计算式 93

5.2.3 自然对流热阻网络 97

5.2.4 自然冷却开式机箱的热设计 97

5.2.5 自然冷却闭式机箱的热设计 99

5.2.6 闭合空间内空气的等效自然对流换热表面传热系数 101

5.2.7 高空对自然对流散热的影响 103

5.3 印制电路板机箱的强迫通风设计 106

5.3.1 风机的选择 106

5.3.2 风道设计 113

5.3.3 高空条件对风扇冷却系统性能的影响 116

5.3.4 强迫对流换热表面传热系数的实验关联式 119

思考题与习题 123

第6章 电子元器件与组件的热设计 126

6.1 电子元器件热设计 126

6.1.1 管芯的热设计 126

6.1.2 封装键合的热设计 127

6.1.3 管壳的热设计 128

6.1.4 元器件在印制电路板上的安装 130

6.1.5 大功率元件的安装 136

6.1.6 罐封组件 138

6.1.7 元器件引线应变的释放 140

6.2 多芯片组件的热设计 144

6.2.1 多芯片组件热设计的概念及原则 144

6.2.2 多芯片组件的热控制方法 146

6.2.3 多芯片组件热控系统的应用实例 149

思考题与习题 152

第7章 电子设备的辐射冷却 155

7.1 电子设备辐射传热 155

7.2 宇宙空间的辐射传热 159

7.3 宇宙空间中α/ε对温度的影响 160

7.4 辐射传热的简化方程 162

7.5 对流和辐射的综合传热 163

7.6 大型机柜内的密封组件 165

7.7 等效环境温度在可靠性预测中的应用 169

7.8 扩大表面积以提高有效发射率 171

7.9 可展开式热辐射器在航天器上的应用 172

思考题与习题 174

第8章 电子设备的相变冷却 176

8.1 相变参数的定义 176

8.2 相变传热的基础理论 178

8.2.1 液体的沸腾方式 178

8.2.2 池沸腾曲线 180

8.2.3 池沸腾关联式 181

8.2.4 流动沸腾 184

8.2.5 蒸发 189

8.2.6 凝结 190

8.2.7 熔化和凝固 193

8.3 液—气相变冷却系统 194

8.3.1 浸没式相变冷却系统 194

8.3.2 间接式相变冷却系统 199

8.3.3 液—气相变冷却系统的设计 200

8.3.4 应用液—气相变冷却系统的注意事项 204

8.4 固—液相变冷却系统 205

8.4.1 固—液相变冷却系统的应用 205

8.4.2 固—液相变冷却系统的材料 206

8.4.3 固—液相变冷却系统的结构形式及热特性 208

8.4.4 快速热响应固—液相变储热装置设计概念的探讨 210

8.4.5 翅片／泡沫金属高效相变储能装置的实验研究 214

思考题与习题 220

第9章 热管散热器的设计 222

9.1 概述 222

9.1.1 热管及其工作原理 222

9.1.2 热管的类型 223

9.1.3 热管的性能和特点 223

9.2 普通热管的毛细现象及阻力特性 225

9.2.1 普通热管的毛细现象 225

9.2.2 普通热管的阻力特性 226

9.3 普通热管的传热性能 229

9.3.1 热管的传热极限 229

9.3.2 热管的传热（温度）特性计算 232

9.4 重力辅助热管和可变导热管 238

9.4.1 重力辅助热管 238

9.4.2 可变导热管 239

9.5 热管设计 241

9.5.1 设计技术要求 241

9.5.2 工质选择 242

9.5.3 吸液芯 244

9.5.4 管壳设计 249

9.6 热管在电子设备热控制中的应用 251

思考题与习题 258

第10章 热电制冷器 259

10.1 概述 259

10.2 热电制冷的基本原理 260

10.2.1 珀耳帖效应 260

10.2.2 塞贝克效应 261

10.2.3 汤姆逊效应 261

10.2.4 焦耳效应 262

10.2.5 傅里叶效应 262

10.2.6 平衡中的塞贝克、珀耳帖和汤姆逊效应 262

10.3 制冷器冷端净吸热的基本方程 264

10.4 最大抽吸热设计方程 266

10.5 最佳性能系数设计方程 271

10.6 最佳性能系数电流的推导 272

10.7 多级制冷器的性能 274

10.8 简化假设的影响 276

10.8.1 忽略汤姆逊电压 276

10.8.2 温度损失 277

10.8.3 结电阻的影响和并联热路 278

10.9 热电制冷器的结构设计 278

10.10 热电制冷器设计计算的工程实例 282

10.11 热电制冷在电子设备热控制中的应用 286

10.11.1 电子设备热电冷却箱 287

10.11.2 光电器件的直接冷却 289

10.11.3 热电-热管组合冷却系统 293

思考题与习题 293

第11章 电子设备的瞬态冷却 295

11.1 瞬态传热的几个概念 295

11.1.1 简单绝热系统 295

11.1.2 热容量 296

11.1.3 时间常数 296

11.1.4 峰值热阻和瞬态热阻 297

11.2 加热期间的瞬态温升 298

11.3 不同时间常数下的温升 301

11.4 冷却期间瞬态温度的变化 302

11.5 温度循环试验的瞬态分析 303

11.6 用拉普拉斯变换求解元件的瞬态温度 313

11.7 工程实例——电子设备吊舱瞬态热载荷分析与计算 319

11.7.1 吊舱传热的数学模型 319

11.7.2 典型飞行剖面计算 323

11.7.3 采用“蓄冷节能”的设计思想确定吊舱设计热载荷 325

11.7.4 结论 326

思考题与习题 326

第12章 电子设备热设计技术的新进展 328

12.1 毛细抽吸两相流体回路（CPL）／环路热管（LHP）的研究 328

12.1.1 引言 328

12.1.2 CPL的工作原理及组成 332

12.1.3 LHP的组成和功能 335

12.1.4 CPL/LHP的特点 338

12.2 电子设备吊舱的环境控制技术 339

12.2.1 蒸气压缩制冷的吊舱环控系统 340

12.2.2 逆升压式冲压空气循环制冷的吊舱环控系统 342

12.2.3 逆升压回冷式冲压空气循环制冷的吊舱环控系统 343

12.2.4 系统比较及发展前景 345

12.3 微尺度换热器的理论和实验研究 346

12.3.1 微尺度换热器产生的背景及相关问题的探讨 346

12.3.2 矩形微槽内FC-72的单相流动和换热实验研究 348

12.3.3 大过载加速度环境下涡旋微槽传热与流动特性研究 352

12.4 电子薄膜热物性参数测量与分析 356

12.4.1 引言 356

12.4.2 实验方法 357

12.4.3 稳态方法测量薄膜导热系数λ和发射率ε 357

12.4.4 瞬态方法测量薄膜热扩散率α和比热容pc 358

12.4.5 实验结果及分析 359

12.4.6 结论 361

12.5 纳米流体强化传热研究 361

12.5.1 引言 361

12.5.2 纳米流体介质导热机理初探 362

12.5.3 纳米流体的制备 364

12.6 多功能机／电／热复合结构热控制概念的研究 365

12.6.1 新世纪航天器的发展趋势和多功能结构设计 365

12.6.2 多功能结构热控制的新概念 367

12.6.3 热控制方案的研究 367

12.6.4 结论 369

12.7 几项有应用前景的微小卫星热控新技术 370

12.7.1 智能型热控涂层 370

12.7.2 高导热复合材料 371

12.7.3 微型热管 373

12.7.4 热开关 374

12.7.5 自主适应的电加热控温技术 376

12.7.6 基于热技术的微机电系统（MEMS） 376

12.7.7 微型百叶窗技术 377

12.8 射流冷却技术研究 378

12.8.1 基本原理 378

12.8.2 国内外研究情况 379

12.8.3 主要研究内容 380

12.8.4 应用前景 381

思考题与习题 381

附录 电子设备热性能实验大纲与指导书 383

附录A 空气自然对流冷却条件下电子元件热特性测量 384

附录B 空气强迫对流冷却条件下电子元件热特性测量 388

附录C 相变储能装置热控制条件下电子元件热特性测量 390

附录D 涡旋微槽液冷条件下电子元件热特性测量 393

附录E 电子薄膜热物性参数测量 397

参考文献 402