基于散热器设计的大功率IGBT散热器水冷热阻计算

由式(7)可以看出，对流换热热阻与Dh成正比，与As成反比。可见不能为了追求循环水量的增加而一味的增大管道水力直径，这样并不能取得很好的冷却效果。减少Rnv则会相应减少散热器总热阻，增强散热效果。将式(3)，式(7)代入式(6)可得总的热阻计算式为：

式中：le代表散热器的长度;λf为水的导热系数，h为水的强制对流换热系数。1.3 计算实例

一般电子设备散热器采用水冷散热方式时，散热器内部的液体流通方式分为两大种：串联通道和并联通道。如图1所示分别是两种模型的水道截面显示图。其中A模型是串联型水道分布，模型是在每条串联的水道中添加了若干条散热片。B模型是并联的水道只存在直行通道，液体从进水口处到出水口处通过并行的水道流过。

两种水道液体流速分布在ANSYS中模拟如图2所示，可以清楚的看出两者水道内液体流动分布情况。

选取λf水的导热系数为0.5W/mK，h水的强制对流换热系数为1 000 W/m2K。为了计算方便将有关散热片厚度等细小尺寸忽略不计，机车用IGBT四象限模块的散热器外形尺寸为L=0.005 m，L=0.55m，B=0.45 m。由于外形尺寸是一样，串联A模型与并联B模型的热阻量的区别在于As的不同。将散热器内壁上下面板面积，前后面板以及左右面板的面积，以及散热片总面积分别设为As1，As2，As3，As4。串联A模型内部散热片有19片。As1=0.495 m2，As2=0.043 2m2，As3=0.052 8m2，As4=0.820 8 m2。总的有效散热面积此时变为：As=As1+As2+As3+ As4=1.411 8 m2。再将各参数代入式(9)中，得出串联A模型的热阻为：

B模型，由速度分布截图可知，水从入水口处进入，大概只在散热器中间1/3部分流过，左右两边其他部分流速几乎为0，忽略不计。这样可以定义上下面板有效散热面积为整体面积1/3，前后面板有效散热面积也为整体面积1/3，左右面板没有水流经过不算有效散热面积。水流经过中间散热片的有效个数为6片。则有：

2 求解散热器热阻和绘制热阻曲线的软件

2.1 界面形式

主界面形式如图3所示。根据需要，这一软件主要设计了两个功能模块。一个是用来具体水冷热阻值计算的模块，另一个是水冷热阻曲线绘制的模块。