傳熱學

內容概要

全書共16章，結構層次分明。第1～7章介紹了電力電子器件熱管理涉及的基礎理論。闡述了高溫導致電力電子器件失效的原因和類型，能量傳遞及熱傳遞的機理及方式，微電子封裝的結構類型以及常用散熱器的熱分析方法。第8～13章分別介紹了導熱、對流換熱（強制對流和自然對流換熱）、熱輻射的控制方程以及邊界條件的設定方法。第14～16章分別介紹了計算機熱仿真的基礎理論和仿真方法、實驗測試方法以及先進的冷卻技術。
本書的目標讀者為進行電力電子裝置設計的電氣、機械工程師，無論是否具有工程熱物理和傳熱學知識背景，都能從本書獲益。對于電氣工程、熱能及動力工程相關專業(yè)的本科生或研究生，本書的內容也足夠進行一學期的學習。

書籍目錄

目錄
譯者序
原書前言
作者簡介
第1章引言1
1.1半導體科技走勢2
1.2與溫度相關的失效6
1.2.1與溫度相關的機械失效6
1.2.2與溫度相關的腐蝕失效10
1.2.3與溫度相關的電氣失效11
1.3傳熱對電子設備的重要性11
1.4熱設計過程12
參考文獻15
第2章能量、能量傳遞和傳熱16
2.1能量和功16
2.2宏觀和微觀能量17
2.3能量傳遞和傳熱20
2.4狀態(tài)方程21
習題22
參考文獻23
第3章能量守恒定律24
3.1熱力學第一定律24
3.2控制質量的能量平衡25
3.3控制體積的能量平衡30
習題36
參考文獻41
第4章傳熱機理42
4.1導熱42
4.2對流換熱45
4.2.1空氣對流換熱的簡化公式46
4.3輻射換熱48
習題51
參考文獻52
第5章熱阻網絡53
5.1熱阻的概念53
5.2串聯導熱平壁56
5.3并聯導熱平壁59
5.4總熱阻網絡61
5.5接觸熱阻65
5.6熱界面材料67
5.7擴散熱阻69
5.8印制電路板（PCB）的熱阻72
習題76
參考文獻80
第6章微電子封裝的熱特性81
6.1封裝的重要性81
6.2封裝類型81
6.3微電子封裝的熱特性87
6.3.1結-空氣熱阻87
6.3.2結-殼熱阻和結-板熱阻89
6.3.3封裝的熱特性參數91
6.4封裝的熱阻網絡91
6.5影響封裝熱性能的參數94
6.5.1封裝尺寸94
6.5.2封裝材料94
6.5.3芯片尺寸95
6.5.4器件熱耗散量96
6.5.5氣流速度97
6.5.6板的尺寸和導熱系數98
習題98
參考文獻100
第7章翅片與散熱器101
7.1翅片方程101
7.1.1無限長翅片103
7.1.2翅頂絕熱105
7.1.3翅頂的對流和輻射105
7.1.4翅頂為恒定溫度107
7.2翅片熱阻、功效和效率111
7.3變截面翅片116
7.4散熱器的熱阻、功效和效率119
7.5散熱器的制造工藝127
習題131
參考文獻134
第8章熱傳導理論135
8.1通過平壁的一維導熱方程137
8.2導熱方程的一般形式139
8.3邊界和初始條件141
8.3.1溫度邊界條件142
8.3.2熱流邊界條件143
8.3.3對流邊界條件144
8.3.4輻射邊界條件145
8.3.5綜合邊界條件146
8.3.6界面邊界條件146
8.4穩(wěn)態(tài)導熱148
8.4.1一維穩(wěn)態(tài)導熱148
8.4.2二維穩(wěn)態(tài)導熱150
8.5非穩(wěn)態(tài)導熱152
8.6集總系統(tǒng)153
8.6.1簡單集總系統(tǒng)分析154
8.6.2一般集總系統(tǒng)分析154
8.6.3集總系統(tǒng)分析法的適用范圍157
習題158
參考文獻162
第9章對流傳熱基礎163
9.1流動類型163
9.1.1外部流動和內部流動163
9.1.2強制對流和自然對流流動163
9.1.3層流和湍流164
9.1.4穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)流動166
9.2粘性力、速度邊界層和摩擦系數166
9.3熱邊界層和對流傳熱系數168
9.4守恒方程169
9.5邊界層方程170
參考文獻170
第10章強制對流換熱：外部流動171
10.1歸一化的邊界層方程171
10.2雷諾數、普朗特數、愛克特數和努塞特數172
10.3局部摩擦系數和對流傳熱系數的函數形式174
10.4流體外掠平板流動176
10.4.1流過等溫平板的層流177
10.4.2流過等溫平板的湍流182
10.4.3流過等熱流密度平板的流動184
10.5圓柱繞流185
10.6圓柱針翅式散熱器190
10.7解決外部強制對流問題的步驟192
習題193
參考文獻197
第11章強制對流換熱：內部流動198
11.1平均速度與平均溫度198
11.2管內層流與湍流200
11.3入口段長度和充分發(fā)展段流動200
11.4內部流動的泵送功率和對流換熱201
11.5速度分布與摩擦因子關聯式205
11.6溫度分布和對流換熱關聯式208
11.7風機和泵211
11.7.1風機的種類211
11.7.2風機曲線和系統(tǒng)阻力曲線213
11.7.3風機選型215
11.7.4泵的種類218
11.8板翅式散熱器220
習題221
參考文獻223
第12章自然對流換熱225
12.1浮力和自然對流225
12.2自然對流的速度和溫度邊界層227
12.3無量綱化自然對流邊界層方程228
12.3.1格拉曉夫（GRASHOF）數和瑞利（RAYLEIGH）數229
12.3.2對流換熱系數的函數形式230
12.4外掠豎直平板自然對流的層流和湍流流動231
12.5外掠傾斜和水平平板的自然對流234
12.6外掠豎直和水平圓柱體的自然對流237
12.7機箱內的自然對流238
12.8豎直陣列平板間的自然對流243
12.9混合對流245
習題246
參考文獻249
第13章輻射傳熱250
13.1輻射強度和輻射力251
13.2黑體輻射253
13.3表面輻射特性255
13.3.1表面輻射率255
13.3.2表面吸收率257
13.3.3表面反射率258
13.3.4表面透射率258
13.3.5基爾霍夫定律259
13.4太陽和大氣輻射260
13.5輻射通量密度263
13.6角系數264
13.7黑體之間的輻射傳熱266
13.8非黑體之間的輻射傳熱267
13.9板翅式散熱器的輻射傳熱268
習題273
參考文獻274
第14章計算機模擬和熱設計275
14.1傳熱和流動方程總結275
14.2計算機模擬基礎277
14.2.1一維穩(wěn)態(tài)導熱277
14.2.2二維穩(wěn)態(tài)導熱279
14.2.3瞬態(tài)導熱281
14.2.4流動及能量方程284
14.3湍流流動291
14.4有限差分方程的求解297
14.5商業(yè)熱模擬工具298
14.5.1建立熱模型298
14.5.2生成網格306
14.5.3求解流動和溫度方程307
14.5.4查看結果309
14.5.5結果顯示310
14.6建模與仿真在熱設計中的重要性311
參考文獻312
第15章實驗技術及熱設計313
15.1流量測量技術313
15.2系統(tǒng)阻力測量318
15.3泵和風機性能曲線測試319
15.4速度測量方法321
15.5溫度測量技術324
15.6噪聲測量328
15.7熱設計中實驗測量的重要性329
參考文獻330
第16章先進冷卻技術331
16.1熱管331
16.1.1毛細極限332
16.1.2沸騰極限334
16.1.3聲速極限335
16.1.4攜帶極限335
16.1.5熱管的其他性能極限335
16.1.6電子冷卻中的熱管應用337
16.1.7熱管的選擇和模型339
16.1.8熱虹吸管、回路熱管和均熱板343
16.2液體冷卻346
16.3熱電冷卻器351
16.4電流體流動354
16.5合成射流355
參考文獻358
附錄材料性質359
參考文獻373

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