一文速通散热器——工作原理、影响散热的因素
一文速通散热器——工作原理、影响散热的因素
散热器是热管理系统中的关键元件，其工作原理主要基于热传导、热对流和热辐射三个物理过程。本文将详细介绍散热器的工作原理、影响散热效率的因素以及优化散热效率的策略。
热量是如何传递的
热传导
散热器底座与热源（如CPU）直接接触，通过高导热材料（铜、铝等）将热量从热源传导至散热器主体。例如，CPU散热器通过导热硅脂和热管将热量从芯片传导至鳍片。
热对流
热量传递到散热鳍片后，通过流体（通常是空气或液体）的流动带走热量。风冷散热器依靠风扇强制气流通过鳍片，而水冷系统通过冷却液循环实现热量交换。
热辐射
散热器表面通过电磁波辐射散热，但这一过程在常温下效率较低，通常作为辅助散热手段。
影响散热效率的因素
散热器自身因素
- 材料导热性
导热系数高的材料（如铜、铝）能更快传递热量，铜的导热系数约400 W/m·K，铝约235 W/m·K。虽然铜的导热性优于铝，但成本更高，考虑到生产成本、材料延展性等原因，散热器和液冷板的生产材料一般首选铝合金。
铝型材散热器-挤压工艺
- 散热面积与结构设计
鳍片设计：散热器鳍片的主要作用是通过增加表面积来提升对流效率，以提高热量传递效率。虽然散热器鳍片的表面积越大，散热效果越好，但不能片面认为散热片越大越好。在自然散热情况下，散热器壁面会因为表面的温度变化而产生自然对流，造成肋片壁面的空气层（边界层）流，过小的肋片间距会阻碍自然对流的顺利进行。
热管配置：热管本质上是一根铜管，里面装有液体（如水、冷却液等），利用相变和毛细作用的原理进行有效的热传递。热管数量多、直径大能提高导热能力，例如高端CPU散热器常采用6根以上热管。
均温设计：基板厚度是影响散热器效率的重要因素。散热器基板较薄时，向远离热源的肋片传递的热阻较大，会导致散热器上温度分布不均匀，并且抗热冲击能力较弱。基板厚度增加可以改善温度不均问题，增加基板厚度可以改善温度不均问题，并提高散热器的抗热冲击能力，但太厚的基板会造成热的累积，反而使热传导能力降低。
- 热阻
热阻是衡量散热器阻止热量传递的能力，它是热传导率的倒数。热阻越小，表示热量在散热器中传递的阻力越小，散热性能越好。灰尘或氧化层会使空气无法顺利通过，从而增加表面热阻，降低散热效率。相反，良好的风道设计能促进空气流动，提高散热效率。
系统与环境因素
空气流量
空气流量是指单位时间内通过散热器的空气体积。足够的空气流量能够及时带走散热器表面的热量，增强散热效果。风量不足则会导致热量堆积，设备过热。安装条件
散热器需要安装在空气流通处，避免遮挡。同时，散热器的使用/安装环境也会影响散热效率，例如高温或低气压（如高海拔）会降低散热效率。
优化散热器散热效率的策略
材料选择
优先选用高导热性材料（如铜底焊接底座）。结构优化
增加散热面积（如多层鳍片）、减少热阻（如均热板）。强制对流
搭配高效风扇或液冷系统，提升空气/液体流量。定期维护
清洁散热器表面，更换老化硅脂或冷却液