導熱機理
發(fā)布時間:2011/8/27 11:06:03 訪問次數:4486
1．導熱基礎 GTLP16612MTD
導熱理論基礎是熱力學基本定律。
熱力學第一定律：在熱量傳遞過程中若無能量形式的轉換，則熱量始終保持守恒。
熱力學第二定律：熱總是自發(fā)地從較熱的區(qū)域流向較冷的區(qū)域。
在電子制造中，熱力學第二定律應用非常廣泛，例如，所有的有源或無源元器件都是熱源，這些元器件的溫度總會比其周圍介質的平均溫度高，如圖7.4.1所示。
2．導熱機理
熱通過熱傳導、熱對流和熱輻射3種方式進行傳遞。
1)傳導
熱傳導(conduction)指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。
熱傳導是物質的基本屬性，可以在固體、液體、氣體中發(fā)生。
熱傳導的特點：
①物體直接接觸；
②必須有溫差；
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動麗傳遞熱量。
熱傳導的本質是分子運動理論，依靠物體內自由電子的運動或分子的振動來進行，物體較熱部分的分子因振動而與相鄰的分子碰撞，并將其動能的一部分傳給后者，因此熱能從物體的一部分傳給另一部分。例如氣體的導熱是由于分子的熱運動和相互碰撞時發(fā)生的能量傳遞的。導熱的基本定律稱為傅里葉定律(Fourier's Law)，其數學表達式為
Q=-λ·A·dt/dn
式中，A為導熱系數(W/m·K)；A為導熱面積；dt/dn為溫度梯度(℃／m);Q為垂直于導熱面積的導熱量(W)。
2)對流
熱對流( convection)指流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量由一處傳遞到另一處的現象。
對流換熱的特點：
①熱傳導與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程；
②必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動，也必須有溫差；
③由于流體的黏性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層。
對流導熱的本質是由分子的隨機運動和流體的平均運動所產生能量傳遞的結果。對流的導熱量可以用牛頓冷卻方程來表示：
Q=h·A·△t
式中，A為參與對流的換熱面積(m2)；矗為對流導熱系數(w/(m2△K))；△t為時間。
其中對流導熱系數取決于流體的性質，例如空氣在自然對流時為3～12，強制對流時為50～120，水強制對流時為300—7000。
3)輻射
輻射(radio)導熱指物體轉化本身的熱能向外發(fā)射輻射能的現象。
輻射是物體固有性質，凡物體都具有輻射能力并且物體的溫度越高、輻射能力越強；物體的種類不同、表面狀況不同，其輻射能力也不同。
輻射導熱的特點：
①不需要冷熱物體的直接接觸，即：不需要介質；總的結果是熱由高溫傳到低溫，在真空中就可以傳遞能量;
②在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉換，物體熱力學能→電磁波能→物體熱力學能;
③無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻
射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量。
能全部吸收投射到其表面輻射能的物體，稱為黑體或絕對黑體(black body)，黑體的輻射能力與吸收毹力最強。
輻射導熱的本質是受熱的物體原子內部的電子會產生激烈振動，并且受熱體能以電磁波的形式向外發(fā)射能量，并以電磁波的方式向外傳播，故通常又將由于熱的原因所發(fā)生的輻射稱為熱輻射。熱輻射的波長在0.4～lOOOμm區(qū)段內，而且大部分能量在紅外線區(qū)段內，即波長在0.72～lOμm之間。
物體表面與其周圍環(huán)境之間的凈輻射換熱量可以表示為
Q=q·σb·A·（T14一Ta4）
式中，A為物體表面積；q為物體表面積A的總輻射系數；σb為斯帝芬一玻耳茲曼常數，σb=5.67×l2-8W/m2·K4；T1為熱源的絕對溫度(K)；Ta為周圍物體的絕對溫度(K)。
3．實際導熱過程 H1102
作為基礎理論分析，我們把熱量傳遞的三種方式（傳導、對流、輻射）進行單獨分析，但實際工程中導熱過程是很復雜的，它是一個復合傳熱的過程。如圖7.4.2所示，是一個焊接到印制電路板上的通孔安裝的集成電路封裝散熱過程示意圖，三種熱量傳遞方式同時存在。
1．導熱基礎 GTLP16612MTD
導熱理論基礎是熱力學基本定律。
熱力學第一定律：在熱量傳遞過程中若無能量形式的轉換，則熱量始終保持守恒。
熱力學第二定律：熱總是自發(fā)地從較熱的區(qū)域流向較冷的區(qū)域。
在電子制造中，熱力學第二定律應用非常廣泛，例如，所有的有源或無源元器件都是熱源，這些元器件的溫度總會比其周圍介質的平均溫度高，如圖7.4.1所示。
2．導熱機理
熱通過熱傳導、熱對流和熱輻射3種方式進行傳遞。
1)傳導
熱傳導(conduction)指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。
熱傳導是物質的基本屬性，可以在固體、液體、氣體中發(fā)生。
熱傳導的特點：
①物體直接接觸；
②必須有溫差；
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動麗傳遞熱量。
熱傳導的本質是分子運動理論，依靠物體內自由電子的運動或分子的振動來進行，物體較熱部分的分子因振動而與相鄰的分子碰撞，并將其動能的一部分傳給后者，因此熱能從物體的一部分傳給另一部分。例如氣體的導熱是由于分子的熱運動和相互碰撞時發(fā)生的能量傳遞的。導熱的基本定律稱為傅里葉定律(Fourier's Law)，其數學表達式為
Q=-λ·A·dt/dn
式中，A為導熱系數(W/m·K)；A為導熱面積；dt/dn為溫度梯度(℃／m);Q為垂直于導熱面積的導熱量(W)。
2)對流
熱對流( convection)指流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量由一處傳遞到另一處的現象。
對流換熱的特點：
①熱傳導與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程；
②必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動，也必須有溫差；
③由于流體的黏性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層。
對流導熱的本質是由分子的隨機運動和流體的平均運動所產生能量傳遞的結果。對流的導熱量可以用牛頓冷卻方程來表示：
Q=h·A·△t
式中，A為參與對流的換熱面積(m2)；矗為對流導熱系數(w/(m2△K))；△t為時間。
其中對流導熱系數取決于流體的性質，例如空氣在自然對流時為3～12，強制對流時為50～120，水強制對流時為300—7000。
3)輻射
輻射(radio)導熱指物體轉化本身的熱能向外發(fā)射輻射能的現象。
輻射是物體固有性質，凡物體都具有輻射能力并且物體的溫度越高、輻射能力越強；物體的種類不同、表面狀況不同，其輻射能力也不同。
輻射導熱的特點：
①不需要冷熱物體的直接接觸，即：不需要介質；總的結果是熱由高溫傳到低溫，在真空中就可以傳遞能量;
②在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉換，物體熱力學能→電磁波能→物體熱力學能;
③無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻
射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量。
能全部吸收投射到其表面輻射能的物體，稱為黑體或絕對黑體(black body)，黑體的輻射能力與吸收毹力最強。
輻射導熱的本質是受熱的物體原子內部的電子會產生激烈振動，并且受熱體能以電磁波的形式向外發(fā)射能量，并以電磁波的方式向外傳播，故通常又將由于熱的原因所發(fā)生的輻射稱為熱輻射。熱輻射的波長在0.4～lOOOμm區(qū)段內，而且大部分能量在紅外線區(qū)段內，即波長在0.72～lOμm之間。
物體表面與其周圍環(huán)境之間的凈輻射換熱量可以表示為
Q=q·σb·A·（T14一Ta4）
式中，A為物體表面積；q為物體表面積A的總輻射系數；σb為斯帝芬一玻耳茲曼常數，σb=5.67×l2-8W/m2·K4；T1為熱源的絕對溫度(K)；Ta為周圍物體的絕對溫度(K)。
3．實際導熱過程 H1102
作為基礎理論分析，我們把熱量傳遞的三種方式（傳導、對流、輻射）進行單獨分析，但實際工程中導熱過程是很復雜的，它是一個復合傳熱的過程。如圖7.4.2所示，是一個焊接到印制電路板上的通孔安裝的集成電路封裝散熱過程示意圖，三種熱量傳遞方式同時存在。
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