自然对流与强制对流及计算实例.docx

自然对流与强制对流与运算实例 热设计是电子设备开发中必不行少的环节； 本连载从热设计的根底 ——传热着手， 介绍根本的热设计方法； 前面介绍的热传导具有排除个体内温差的成效； 上篇绍的热对流， 如此具有降低平均温度的成效； |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 下面就通过详细的运算来分别说明自然对流与强制对流的情形；第一，自然对流的传热系数可以表述为公式〔 2〕； 热流量=自然对流传热系数×物体外表积×〔外表温度 - 流体温度〕 ?〔2〕 许多文献中都记载了运算传热系数的公式， 可以把流体的特性值带入公式中进展 运算，可以适用于全部流体； 但每次运算的时候， 都必需代入五个特性值； 因此， 公式〔 3〕事先代入了空气的特性值，简化了公式； 自然对流传热系数 h=2 .51C 〔⊿T/L〕0.25 〔W/m2K〕 ?〔3〕 2.51 是代入空气的特性值后求得的系数；假如是向水中散热， 2.51 需要换成水的特性值； 公式〔 3〕显现了 C、L、⊿T三个参数； C和 L 从表 1 中挑选；例如，发热板直立和横躺时，四周空气的流淌各不一样；对流传热系数也会随之转变，系数 C 就负责吸取这一差异； 代表长度 L 与 C 是成对定义的； 运算代表长度的公式因物体外形而异， 因此，在运算的时候，需要从表 1 中挑选相像的外形； |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载.  需要留意的是， 表示大小的 L 位于分母；这就表示物体越小， 对流传热系数越大； ⊿T是指公式〔 2〕中的〔外表温度 - 流体温度〕；温差变大后，传热系数也会变大；物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那局部空气的升温越大；因此，风速加快后，传热系数也会变大； 公式〔 3〕叫做“半理论半试验公式〞；其次篇中介绍的热传导公式能够通过求 解微分方程的方式求出， 但自然对流与气流有关， 没有完全适用的理论公式； 能建立理论公式的， 只有产生的气流较简洁的平板垂直放置的情形； 由于在这种情形下，理论上的温度边界限的厚度可以运算出来； 但是，假如发热板水平放置，气流就会变得复杂，运算的难度也会增加；这种情 况下，就要依据原始的理论公式，通过试验求出系数；也就是说，在公式〔 3〕中，理论运算得出的数值 0.25 可以直接套用， C的值如此要通过试验求出； 自然对流传热系数无法大幅转变 |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载.  图 4：自然对流传热系数无法大幅转变 物体沿流淌方向的尺寸越小， 单位面积的散热量越大； 自然对流的传热系数随斜率和面的曲率变化， 但变化的幅度不大； 而强制空冷可以通过提高风速和湍流化， 大幅转变传热系数； 外形和配置对于自然对流的传热系数会产生多大的影响〔图 4〕？举例来说，平面的传热系数 h 等于 2.51 ×0.56 ×〔〔 Ts-Ta〕/H〕0.25 ， 而圆筒面的传热系数 h 等于 2.51 ×0.55 ×〔〔 Ts-Ta〕/H〕0.25 ； 平面为 0.56 ，圆筒面为 0.55 ，差异只有 2％左右，由此可见，平面与圆筒面的传热系数差异不大； 这就意味着当发热板倾斜时， 下外表的传热才能会越来越差， 而上外表的传热才能根本不变；发生倾斜后， 下外表只受到沿倾斜面的向量成分的浮力； 也就是说， 下外表的浮力变弱； 假设垂直时的传热系数为 hv，倾斜时的传热系数为 hθ，物体沿垂直方向倾斜角度 θ，此时，下外表的传热系数大致为： hθ=hv·〔cosθ〕0.25 ?〔 4〕 〔θ 在 0～60 度左右的 X围内时公式成立〕 假如倾斜 45 度，传热系数将缩小 8％左右；由此可知，即使倾斜发热板，传热系数也没有太大变化；但一旦接近水平，传热系数就会急剧降低； 通过上面的介绍， 大家应当已经明白， 提高自然对流传热系数其实难度颇大； 但物体越小， 对流传热系数越大； 比方说， 我们可以采纳把 散热器翅片分割成几个局部的方法；在翅片截断的地方， 热边界层将重置， 起到阻挡边界层变厚的作用， 借此可以提高对流传热系数； 但这样做会削减翅片的外表积， 总的散热才能依旧变化不大； |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 强制对流传热系数的简易运算公式 接下来看看强制对流的传热系数；安装 风扇的强制对流的公式如下； 热流量=强制对流传热系数×物体外表积×〔外表温度 -