来源：heat sink calculator
对于没有热分析经验的人来说，散热器尺寸计算可能是一项艰巨的任务。市面上有一些散热器设计软件，可以让你设计和分析散热器，以满足需要冷却的设备的热要求。如果没有这类软件，也可以使用电子表格或数学软件进行快速计算，估算出维持元件所需温度的散热器尺寸。
丨散热器设计假设
通过一些简化假设，可以手动或使用电子表格进行散热器分析。这些计算的输出结果将是维持所需热源温度的散热器尺寸。
图 1. 板翅式散热器尺寸
图 1 显示了一个典型的板翅式散热器，用于冷却常见的电气/电子元件，如照明应用中使用的 LED 以及数字电路和微处理器中使用的 MOSFET。要设计出适合您需要的散热器，需要确定 6 个尺寸。为了降低计算的复杂性，我们将作出以下假设：
1.翅片厚度 t 和底座厚度 b 产生的表面积远小于散热器的总表面积。
2.散热器的热传导率足够高，以便散热器表面温度均匀且大致等于热源温度。
3.热源的长度和宽度与散热器相同，并位于散热器底部的中心位置。
4.热源与散热器底部完全接触。
上述假设会给计算带来一些误差。不过，进行这种计算的目的是粗略估计所需散热器的尺寸。然后可以使用更复杂的计算方法、软件或测试来完善设计。
如图 1 所示，本分析针对的是底座垂直放置的散热器，其利用的只是自然对流和辐射。
丨自然对流计算
首先根据散热器设计限制选择 L 和 H 值。然后根据所选的 L 和 H 值计算出散热器的宽度 W、散热片间距 s 和散热片数量 N。
首先计算图 2 所示散热器外侧表面 A1 面积的对流散热量 Qc1。计算公式为 1。
A1 区域的对流系数 h1 使用公式 3 计算。该公式适用于来自垂直表面的自然对流。有关该公式的开发详情，请参阅参考文献 。区域 A1 包括小面积的水平表面。水平表面和垂直表面的自然对流系数大小差别不大，而且水平面积相对于垂直表面较小。因此，对整个区域使用公式 3 不会产生明显误差，并可简化计算。
如图 2 所示，计算的下一步是确定翅片表面积 A2 自然对流产生的散热量 Qc2。
等式 5 给出了翅片之间的最佳间距 sopt，该间距可产生最大的自然对流传热。公式 5 是通过计算翅片间距得出的，在该间距下，翅片内表面积与对流传热系数的乘积达到最大。有关这一推导的详细解释，请参阅 。
翅片之间的对流传热系数 由公式 7 得出。
式中κ是在Tavg时的空气的导热系数。
图 2.用于计算散热器散热量的面积
A2 区域因自然对流而产生的散热量 Qc2 用公式 8 计算。
对流系数 h2 用于散热片之间的垂直表面。该对流系数用于小型水平表面以及散热器外部的小型垂直表面，这些表面都包含在 A2 区域内。与计算 Qc1 时一样，由于水平表面和外部垂直表面的面积较小，且不同方向表面的对流系数大小相似，因此在面积 A2 上使用单一的 h2 值是可以接受的。
丨辐射计算
对于自然对流冷却的散热器来说，辐射散热的贡献可能相当大。因此，在计算散热器尺寸时必须考虑到这一点。请参考博文《辐射在散热器设计中的重要性》，详细了解辐射在散热器性能中的作用。
与自然对流散热器的计算一样，A1 区域的辐射散热量 Qr1 也是通过公式 9 计算得出的。
变量 ε 是散热器的表面辐射率。《辐射在散热器设计中的重要性》一文中列出了典型值。斯蒂芬-玻尔兹曼常数 σ 的值为 5.67×10-8 W/m2K4
接下来怎么看散热器型号，根据公式 10 计算面积 A2 的辐射传热。
计算面积 A2 的精确辐射散热量非常复杂，不适合本文寻求的简化解决方案。一个能产生相当精确结果的近似解决方案是使用表观辐射表面积 Ar2。表观辐射表面积是一个假想的面积怎么看散热器型号，它覆盖了图 2 所示面积 A2 的散热器包络面。
丨散热器计算
最后一步是计算在温度 Ts 下散热所需的散热片数量 N。已知散热片数量后，就可以计算出散热器的宽度。
根据能量守恒定律，在稳定状态下，热源产生的热量 Q 必须等于散热器散失的热量。公式 12 表示了这一点。
方程 12 中使用的 符号是四舍五入到最接近整数的数学符号。由于散热片的数量是整数，因此需要这样做。等式 13 用于确定散热器的宽度。
通过这些计算，我们可以了解应该改变哪些尺寸来优化散热器的大小。如果要尽量减小散热器的体积，则长度应尽可能小。这将最大限度地提高散热器的传热效果，从而减少将源温度限制在所需值以下所需的表面积。
使用本文章中概述的计算程序的在线散热器尺寸计算器是免费提供的。
请查看《强制对流的散热器设计优化》一文，了解通过强制对流冷却的散热器的优化和尺寸确定所使用的计算方法。
参考：
A. Bar-Cohen, W. M. Rohsenow “Thermally Optimum Spacing of Vertical, Natural Convection Cooled, Parallel Plates”, in: Journal of Heat Transfer, Vol 106, p. 116-123, 1984
R Simons, “Simplified Formula for Estimating Natural Convection Heat Transfer Coefficient on a Flat Plate”, in: Electronics Cooling, Issue: August 2001
关于 heat sink calculator
Heat Sink Calculator 开发了多种工具来帮助您在各种应用和环境中模拟和设计散热器。通过利用网络，提供快速、简单的散热器仿真，帮助工程师、设计师和爱好者对他们的产品和创作进行热管理产品设计。
注册会员查看全部内容……
限时特惠本站每日持续更新海量各大内部创业教程，年会员只要98元，全站资源免费下载
点击查看详情
站长微信：9200327
