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浅析CAI技术在概念设计中的应用

 

  热辐射。是一种可以在没有任何介质(空气)的情况下,不依靠分子之间的碰撞,又不依靠气体或者液体的流动就能够达成热交换的传递方式。影响热辐射的因素主要有:A、热源的材料,材料的比热越小向外辐射能量越快,反之就越慢。B、表面的颜色。一般来说,颜色光亮的物体表面吸收和释放辐射能量的速率较慢,深颜色的物体表面吸收和释放辐射能量的速率较快。在普通应用环境中,比起热传导与热对流,热辐射起到的散热作用微乎其微,因此在散热器设计中一般不考虑这个因素。

    常见热传递的三种途径

     上图显示了三种热传递方式在散热器中的应用形式。属于热传导的是:由热源传至散热片以及在散热片内部传递。属于对流的是:热由散热片传递到周围的空间,再由风扇和散热片组合形成的对流对其散热。热传导与热对流是主要散热方式,热源产生的大部分热量在传递到散热片上后,都被风扇形成的对流所带走,热辐射产生的作用可以忽略不计。

     为了保证良好的散热性能,散热器设计就要以符合上述三种热传递途径的要求。于是材料的热传导率、比热值;散热器整体的热阻、风阻;风扇的风量、风压成为了设计的核心问题。

    3.1.1 分析问题

     当前主流散热器多采用了散热片+风扇的设计。这一方案的优点在于价格相对较低,安装简单;但同时也存在占用空间大、噪音大等问题。为了创造性的解决这些问题,我们首先利用CAI系统构建这一技术系统的功能模型。如下图:

     电子元件散热技术系统功能模型

    a) 我们可以看到,当前这一技术系统中的组件有:发热电子元件、导热垫、散热片、风扇、空气、PCB板等。电子元件产生的热量主要是通过导热垫传导到散热片后,被风扇带来的空气流所带走。

    b) 通过这样的功能模型,我们可以更容易地发现有待改进的各个功能环节。如:如何增强风扇搅动空气的能力?如何增强空气流量,携带热量的效率?如何增强散热片的热传导效率?如何增强导热垫的热传导效率?这些也正是进一步解题的方向。

    c) 有了这样的功能图,结合价值工程原理,我们可以对系统中的各个组件进行价值分析。分析发现导热垫的理想度指标最低。这就建议我们在完善此系统时,首先考虑改善导热垫的性能。如下图:


 
     组件的价值分析

     有了明确的解题方向后,我们就可以针对具体解题方向展开深入的分析。在分析的过程中,主要采用TRIZ理论提供的多屏幕分析法。这是一种系统思考的方法。

     系统思考--多屏幕分析方法

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