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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ε357

12.4.4 瞬态方法测量薄膜热扩散率α和比热容pc358

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