一种自然对流下翅片散热器的热阻测试方法与流程

本发明属于散热测试，尤其涉及一种自然对流下翅片散热器的热阻测试方法。

背景技术：

1、目前，电力电子元器件的广泛使用于各行各业，电力电子元器件的构造越来越复杂，承担的工作负荷也越来越高，使其在工作时耗散功率高、发热量大，将严重影响产品的质量和可靠性。通常采用散热器来解决机器设备发热问题，因此散热器的热阻能够直接反应散热器的性能好坏，现已有大量关于散热器的热阻测试的研究，如公开号为cn113406140a的中国专利申请，cn113406140a公开了一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置，方法包括：步骤1：在散热器台面和发热装置底端开设对应的凹槽；步骤2：将热敏元件埋设在步骤1中开设的凹槽内，获得热敏元件的埋入深度；步骤3：将发热装置固定安装在散热器台面上，获得接触面积；步骤4：启动发热装置，获得发热装置的功率，通过热敏元件测出散热器台面的最高温度，然后计算出散热器的热阻。通过埋设在散热器台面上凹槽内的热敏电阻测出散热器台面的最高温度，避免散热器台面的的最高温度点由周边2mm迁移到发热装置与散热器的接触区域导致无法测量到散热器台面温度的最高点，从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误。

2、风冷翅片散热器常用于电力电子元器件的散热，准确而便捷的测试风冷翅片散热器的热阻尤为重要。现有的测试方法基本都需要将风冷翅片散热器安装到测试台甚至专用测试设备上进行一系列测试，所涉及测试设备结构复杂及价格高昂；另外，其中一部分需要大量传感器获取到各种物理参数才能计算出热阻，数据获取方法复杂且效率较低；还有一些测试方法需要较多手动操作，比如手动给cpu加热等，整体效率较低，通用性较差。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种自然对流下翅片散热器的热阻测试方法，解决了现有技术中热阻测试需要结构复杂的测试设备和测试方法复杂且效率较低、通用性较差的问题。

2、本发明提供了一种自然对流下翅片散热器的热阻测试方法，包括以下步骤：

3、步骤1、采集实际工况下，发热器的测试参数和翅片散热器的测试参数；

4、其中，发热器的测试参数为发热器总功耗；

5、翅片散热器的测试参数包括翅片散热器长度、翅片散热器宽度、翅片散热器总高度、翅片散热器基座高度、翅片散热器翅片高度、翅片数量、翅片散热器翅片厚度和散热器两翅片间间距；

6、基于翅片散热器长度、翅片散热器宽度、翅片散热器基座高度、翅片散热器的翅片数量和翅片散热器的翅片厚度获得翅片散热器的基座总面积；

7、步骤2、基于翅片散热器的测试参数确定翅片的纵横比、翅片腹板总面积和非翅片腹板总面积；

8、步骤3、使用空气密度测量仪、空气比热容测量仪、空气粘度计和空气导热系数测量仪采集在温度区间内海平面标准大气压下干空气对应不同温度的密度数值、比热容数值、动粘度系数数值和导热率数值；基于采集的密度数值、比热容数值、动粘度系数数值和导热率数值进行拟合分别获得密度与温度的拟合函数、比热容与温度的拟合函数、动粘度系数与温度的拟合函数和导热率与温度的拟合函数；

9、步骤4、根据翅片纵横比和翅片散热器翅片高度获得翅片间空气流动间隙；基于翅片间空气流动间隙确定翅片散热器第一影响系数、翅片散热器第二影响系数、初始翅片散热器第三影响系数和初始收敛判据；

10、步骤5、采集自然对流条件下当前环境温度；基于步骤3的密度与温度的拟合函数、比热容与温度的拟合函数、动粘度系数与温度的拟合函数和导热率与温度的拟合函数和步骤4的翅片散热器第一影响系数、翅片散热器第二影响系数、初始翅片散热器第三影响系数和初始收敛判据获取翅片散热器的收敛温度；

11、步骤6、基于翅片散热器的收敛温度、当前环境温度和发热器的测试参数获得翅片散热器的总热阻。

12、可选地，步骤3中密度与温度的拟合函数的获取步骤为：

13、使用空气密度测量仪采集在温度区间内海平面标准大气压下干空气对应不同温度的密度数值，获得空气密度数据集合 ρdata，表达式为：

14、

15、其中，表示对应温度区间下限的海平面标准大气压下干空气的密度数值，表示对应温度区间上限的海平面标准大气压下干空气的密度数值；

16、基于空气密度数据集合 ρdata确定海平面标准大气压下干空气密度 ρ与温度的拟合函数，表达式为：

17、 a1 a2 a3 a4

18、其中， temp表示温度；表示干空气密度与温度的函数关系； a1、 a2、 a3和 a4分别表示密度的拟合系数。

19、可选地，步骤3中比热容与温度的拟合函数的获取步骤为：

20、使用空气比热容测量仪采集在温度区间内海平面标准大气压下干空气对应不同温度的比热容数值，获得空气比热容数据集合 cpdata，表达式为：

21、

22、其中，表示对应温度区间下限的海平面标准大气压下干空气的比热容数值，表示对应温度区间上限的海平面标准大气压下干空气的比热容数值；

23、基于空气比热容数据集合 cpdata确定海平面标准大气压下干空气比热容 cp与温度的拟合函数，表达式为：

24、

25、其中， temp表示温度；表示干空气比热容与温度的函数关系； b1、 b2、 b3和 b4分别表示比热容的拟合系数。

26、可选地，步骤3中动粘度系数与温度的拟合函数的获取步骤为：

27、使用空气粘度计采集海平面标准大气压下干空气对应不同温度的动粘度系数数值，获得空气动粘度数据集合 υdata，表达式为：

28、

29、其中，表示对应温度区间下限的海平面标准大气压下干空气的动粘度系数数值，表示对应温度区间上限的海平面标准大气压下干空气的动粘度系数数值；

30、基于空气动粘度数据集合 υdata确定海平面标准大气压下干空气动粘度系数 υ与温度的拟合函数，表达式为：

31、

32、其中， temp表示温度；表示干空气动粘度系数与温度的函数关系； c1、 c2、 c3、 c4和 c5分别表示动粘度的拟合系数。

33、可选地，步骤3中导热率与温度的拟合函数的获取步骤为：

34、使用空气导热系数测量仪采集海平面标准大气压下干空气对应不同温度的导热率数值，获得空气导热率数据集合 λdata，表达式为：

35、

36、其中，表示对应温度区间下限的海平面标准大气压下干空气的导热率数值，表示对应温度区间上限的海平面标准大气压下干空气的导热率数值；

37、基于空气导热率数据集合 λdata确定海平面标准大气压下干空气热物性参数密度 λ与温度的拟合函数，表达式为：

38、；

39、其中， temp表示温度；表示干空气导热率与温度的函数关系； d1、 d2、 d3、 d4和 d5分别表示导热率的拟合系数。

40、可选地，步骤4的具体步骤如下：

41、步骤41、根据翅片纵横比和翅片散热器翅片高度获得翅片间空气流动间隙；

42、步骤42、根据翅片间空气流动间隙确定翅片散热器第一影响系数、翅片散热器第二影响系数、初始翅片散热器第三影响系数和初始收敛判据。

43、可选地，步骤41中根据翅片纵横比和翅片散热器翅片高度获得翅片间空气流动间隙 d2的表达式为：

44、；

45、其中， hfin表示翅片散热器翅片高度； v1表示翅片纵横比。

46、可选地，步骤42中根据翅片间空气流动间隙确定翅片散热器第一影响系数 p8、翅片散热器第二影响系数 p10、初始翅片散热器第三影响系数 p11,0和初始收敛判据 f1,0的具体步骤为：

47、当翅片间空气流动间隙时；初始收敛判据 f1,0为 β1；初始翅片散热器第三影响系数 p11,0为 λ1；

48、其中，为空气流动间隙阈值； β1为初始收敛判据； λ1为初始翅片散热器第三影响系数；

49、翅片散热器第二影响系数 p10的表达式为：

50、；

51、翅片散热器第一影响系数 p8的表达式为：

52、；

53、其中， e1、 e2和 e3分别表示在翅片间空气流动间隙下，翅片散热器第一影响系数的影响因子；

54、当翅片间空气流动间隙时，初始收敛判据 f1,0为 β2；初始翅片散热器第三影响 p11,0为 λ2；

55、其中，为空气流动间隙阈值； β2为初始收敛判据； λ2为初始翅片散热器第三影响系数；

56、翅片散热器第二影响系数 p10的表达式为：

57、；

58、翅片散热器第一影响系数 p8的表达式为：

59、；

60、其中， f1、 f2、 f3和 f4分别表示在翅片间空气流动间隙下，翅片散热器第一影响系数的影响因子。

61、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：本发明的方法能够基于市面常用设备获取到的散热器物理参数来快速测试出风冷翅片散热器热阻值，操作方法简单且高效，并能保证较高的准确度。