對于沒有太多熱設計經驗的人來說，散熱器尺寸的計算可能是顯得比較麻煩。有不少商業軟件，輸入你的要求，便可以幫你設計合理的散熱器，以滿足相應的散熱要求。如果無法使用該類型的散熱器設計軟件，則可以使用數學公式，來進行一些快速計算，在滿足熱源所需溫度的前提下，以設計得到合理的散熱器大小尺寸。

第一步：散熱器設計假定

通過做一些簡化假設，可以手動或使用電子表格進行散熱器的分析設計。設定熱源的溫度要求，將計算出散熱器的尺寸要求。

圖1 板翅散熱器的幾何尺寸

圖1為一個典型的板翅散熱器幾何示意圖。這種散熱器通常用來冷卻LED燈具、Mos管等等。對于這樣一個散熱器而言，需要確定6個數值。為了減少計算的復雜性，需要做以下假定：

1、翅片厚度t、基板厚度b導致的面積比散熱器整體的面積小很多；

2、散熱器的導熱率足夠大，以至于散熱器表面的溫升比較均勻，與熱源的溫度近似相等；

3、散熱器的長寬與熱源相同，并且散熱器安裝與熱源的中心位置；

4、熱源與散熱器基本緊密接觸。

上述假定將對散熱器的計算產生一些誤差. 但是，進行此類計算，主要是為了粗略計算散熱器的尺寸大小，然后再使用更加復雜的計算方法、或者軟件來改進散熱器的設計。所以，假定引起的誤差可以忽略。

如圖1所示，本案例分析的散熱器，處于自然對流和輻射換熱的工況下，其板翅翅片垂直放置。

自然對流計算

散熱器尺寸的限制，首先必須考慮散熱器的深度L和高度H，其次在L和H的基礎上，可以對散熱器的寬度W, 散熱器翅片的間隙s，散熱器翅片的個數N 進行計算。自然對流換熱量Qc1，主要是從散熱器的表面 A1散發的熱量，如圖2所示。這部分熱量通過下式來控制：

(1)這里:

是熱源的溫度，

是環境的空氣溫度

(2)

面積A1對應的對流換熱系數 h1 可以使用公式3來計算。這個公式適合于自然對流垂直表面的工況。面積A1包含散熱器水平面的小尺寸面積。對于自然對流而言，水平面和垂直面的換熱差異不是很明顯，當然，水平面的換熱能力相對弱小一些。因此，將公式式3應用于整個散熱器區域不會帶來很大的誤差，可以是的計算簡化。

(3)

接下來需要計算散熱器面積A2 帶走的散熱量Qc2 ，A2面積如圖2所示。

(4)

對于自然對流而言，翅片之間的最佳間隙sopt （可以帶走的最大換熱量）可以通過公式5來計算. 通過公式5計算出最佳的翅片間隙，可以使翅片的內表面積和對流換熱系數的乘積最大。

(5)

這里:

g是重力加速度；

是空氣的膨脹系數，?

??

(6)

是空氣在Tavg時候的熱擴散系數；是空氣在Tavg時候的運動粘度。

翅片之間的對流換熱系數可以使用公式7來計算：

???

(7)

這里k是空氣在在Tavg時候的導熱率。

圖2. 用于計算散熱器熱量耗散的面積

由于自然對流從面積 A2 區域散發的散熱量 Qc2可以使用公式8來計算：

（8）

對流換熱系數h2是翅片間垂直面的換熱系數；這個對流系數包括在面積A2中的小尺寸水平面以及散熱器外部的小垂直面。

第二步：輻射換熱計算

對于散熱器自然冷卻而言，輻射換熱所占的比重是非常明顯的。因此自然冷卻熱計算，必須考慮散熱器尺寸。與散熱器計算自然對流一樣，用公式9可以計算了A1區的輻射散熱Qr1。

（9）

是散熱器表面的發射率；通常散熱器表面陽極氧化發射率為0.85左右；σ是Stefan-Boltzmann常數，為5.67×10-8 W/m2K4；散熱器A2表面積的輻射換熱量可以通過公式10來計算。

（10）

對區域A2的精確輻射散熱計算相當復雜；使用Ar2，能得到合理精確的計算結果，此表面稱為表觀輻射表面積。表觀輻射表面積是一個虛擬區域，它覆蓋熱沉的外殼，包括圖2所示的A2區域。Ar2 表觀輻射表面積可以通過公式11來計算：

（11）

第三步：散熱器尺寸計算

最后一步是計算散熱器在溫度Ts 散熱量所對應的翅片個數N。利用已知的翅片數，就可以計算出散熱片的寬度。根據能量守恒定律，在穩態條件下，熱源Q所產生的熱量必須等于散熱器所散發的熱量。可以通過公式12進行表示：

（12）

公式12中的符號? ?是將整數四舍五入到最近整數的數學表示法，因為翅片的個數必須是整數。公式13用于確定散熱器的寬度。

（13）

上述的這些計算為優化散熱器的尺寸提供了一些指導。如果你想把散熱器的體積降到最小，那么長度應該盡可能小一點。這將使散熱器的散熱量最大化，從而降低熱源的溫度。