光伏背板翅片散热器自然对流特性分析
波纹翅片的传热与流动特性研究
波纹翅片的传热与流动特性研究摘要；近些年来能源与环境问题日益加剧,保护环境、降低能源消耗成为当今世界的主题,因此各行业的学者都肩负减少能耗的重任。
板翅式换热器是在20世纪问世的, 由于其在节省能源与材料方面的优越性，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航天等各领域已经获得了广泛的应用。
翅片管换热器在制冷、空调等领域广泛应用。
波纹翅片是这种紧凑式换热器的翅片类型中的一种, 它增加了传热面积和扰流的程度，对换热器的性能有很大的提升。
本文应用FLUENT软件针对波纹翅片管换热器空气侧换热进行数值模拟。
并研究Re数、管排数和管径等参数对空气侧传热和流动特性的影响。
同时对不同尺寸的波纹翅片进行了数值模拟分析并计算出各个模型的换热因子j 和阻力因子f，根据他们的数值判断翅片在该模型下的性能优略。
最后考察了波纹形式、管排、翅片间距、波峰到波谷投射长度和波峰到波谷高度对流动换热性能的影响。
关键词：波纹翅片；数值模拟；换热因子；阻力因子；换热性能study on heat transfer and flow of wavy finsAbstract；In recent years, energy and environmental issues increase, protecting the environment and reducing energy consumption are the themes of the present world.Plate-fin heat exchanger appears in the 20th century ，because of its superiority in terms of saving energy and materials. Now it is used widely in various fields such as petrochemical, Energy and Power, metallurgy, Refrigeration, aerospace,because of its superiority in the saving of energy and materials. Scholars in various industries have to shoulder the heavy task of reducing energy consumption. Fin-and-tube heat exchanger is widely used in refrigeration, air conditioning .The wavy fin is one of fin types on this compact heat exchanger. It increases the heat transfer area and the degree of spoiler, and improves the performance of the heat exchanger greatly.In this paper, FLUENT is used to simulate the wavy fin-and-tube heat exchanger, . Based on these results, the effects of Reynolds number, tube row number, tube diameter and other parameters on air side heat transfer and flow characteristics are studied. At the same time, I have carried out the numerical simulation analysis on different geometric dimensions of the wavy fins,I calculated the heat transfer factor j and resistance factor f of each model. According to their value we can judge the performance of that model. Finally, examine the corrugated form of tube rows, fin spacing, the projected length of the crest to trough and crest to trough height effects on flow and heat transfer performance.Keywords；wavy fins；numerical simulation；heat transfer factor；resistance factor；heat transfer performance目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 波纹翅片的特点和应用场合 (2)1.3 研究现状 (2)1.4 本文的研究工作 (7)第二章数值模型的建立与计算方法 (8)2.1 概论 (8)2.2 波纹翅片管换热器物理模型立 (8)2.3 相关参数的确定 (9)2.4 物理模型的边界条件及初始条件 (10)2.5 利用数值计算方法简介 (11)2.6 CFD简介 (13)2.7 fluent软件概述及GABBIT简介 (14)2.8 翅片管强化传热的数值解法 (16)第三章数值计算的结果与数据分析 (19)3.1 光滑波纹翅片管翅式换热器 (19)3.2 6排管光滑波纹翅片管翅式换热器数值计算 (20)3.3 几何参数对波纹翅片管翅式换热器的换热阻力性能的影响 (24)总结 (31)参考文献 (31)致谢 (34)第一章绪论1.1课题背景及研究意义板翅式换热器是在20世纪问世的,由于其在节省能源与材料方面的优越性以及具有体积小，重量轻、效率高等突出优点，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航空航天、原子能和机械等各领域已经获得了广泛的应用。
小功率光伏逆变器自然对流散热研究
２ ０ １ ４年 ６月
电 子 机 械 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ － Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ３０． Ｎｏ ． ３
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０１ ４
小功率光伏逆变器 自然对 流散热研究
陶 高周 ， 陆 游 ， 周 杰
小功 率光伏 逆 变器进行 合理 简化 和 等效 处理 ， 建 立仿 真 模 型 ， 利 用 商 业软 件 Ｉ Ｃ Ｅ Ｐ Ａ Ｋ进 行 数值 仿 真 ， 根
据样机 测试 结果 对仿 真模 型进行 优化 ， 并 通过 样机 实验 对仿 真 结果进行 验 证 。结 果发现 ， 仿 真结 果与 实
验数据符合较好 ， 精度较高， 可作为小功率逆变器 自 然对流散热设计的参考。
（ 阳光 电源股 份有 限公 司 ， 安徽 合 肥 ２ ３ ０ ０ ８ ８ ） 摘 要 ： 小功率 光伏逆 变器防护 等级要 求达到 Ｉ Ｐ ５ ４甚至 更 高 ， 若使 用风 扇 ， 则会 降低 系统 的 可 靠性 和稳
定性 。 自然对流 散 热技 术 为 解决 此 类 问题 提 供 了技 术 途 径 。文 中对 采 用 自然对 流 散 热 方 式 的 １ ２ ｋ Ｗ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｎ ａ ｔ ｕｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｈｅ ａ ｔ ｓ ｉ ｎ ｋ；Ｐ Ｖ ｉ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ；ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＴＡＯ Ｇａ ｏ － ｚ ｈ ｏ ｕ， ＬＵ Ｙｏ ｕ， ＺＨＯＵ Ｊ ｉ ｅ
（ Ｓ ｕ ｎ ｇ ｒ ｏ ｗ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ８ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
板翅式换热器波纹翅片传热特性与流阻分析
摘要 ：以 Ｋ ｙ Ｈ ｎ ｏ ａｓ和 ｏｄｎ关于波纹 翅片的试验数据为依 据， 与同 当量直径 的矩形翅 片与矩形开缝 翅片在 同雷诺
数的情况下进行 比较 ， 获得 波纹翅 片与矩形波 ｊ 因子和 ｆ 因子在不 同雷诺数下的倍数关 系。在 Ｒ ＝ ０ ２ ０ ｅ ４ ０～ ００范 围内， 波纹翅片 Ｊ因子是同雷诺数下 矩形波 的 ２～２ ８倍 ， 因子是 同雷诺 数下矩 形 翅片的 ２ ８～４倍。在 Ｒ ＝ ． ｆ ． ｅ ２０ ０ ０～１０ ０范围内， ００ 波纹翅片的传热 因子 ｊ 同雷诺数下矩形开缝翅片 的２— ． 是 ２ ８倍 ， 阻力 因子 ｆ 同雷诺 数下 是
收 稿 日期 ：０ ９１ － ２０ — ２ ２ ９
作者 简介 ： 王先超 （９ １）男 ， １７ ． ， 湖北武汉人 ， 硕士 ， 主要从事 电子散热研究。
ｈ所 板 翅式换 热器 自 ２ ０世 纪 问世 以来 ， 已经 在化 工 、 翅 片的局 部舍伍 德数 Ｓ ， 测 的波纹形 翅片具 有 两个 汽车 、 天各领 域获得 广 泛应 用 。波纹 翅 片作 为 这种 完 整 的波 纹 ， 角为 ２ 。 波纹 间 的距 离为 １６ ｍ 流 航 波 １， ．５ ｍ， 投影 的 ） 片长 度 为 １ ． ｍ 他 翅 ８ ５ ｍ， 紧凑换 热器 的一 种 ， 用 增 加 扰 流 、 化 传 热 面 积 的 动 方 向上 总 的水 平 （ 采 强 有效翅 片 ， 国外 已有研究 ， 中以 Ｋ ｙ 和 Ｈ ｎ ｏ … 们 测量 了舍伍德 数 的局 部 和平 均分 布 ， 确认 了复杂 在 其 ａｓ ｏ ｄｎ 也 的试验最 为全 面 ， 目前还 没有 发 现确 切 给 出波纹 翅 的流动现象 。他们发现 ， 但 由于壁面波纹 引起的换热系 片的试验 关联式 ， 限制 了其 在 工程 上 的应 用 。本 文 以 数 的强 化 ， 低 Ｒ 在 ｅ时 是 小 的 （ Ｒ 在 ｅ：１０ ０ ０时 约 为 Ｋ ｙ 和 Ｈ ｎｏ ａｓ ｏ ｄｎ关 于波 纹 翅 片 的试 验 数 据 为依 据 ， ２ ％ ） 但在 低 紊 流 区 则 是 可观 的 （ Ｒ 综 ５ ， 在 ｅ为 ６０ ０ ０至 ８０ ０ ０时约 为 ２ ０ ） ０ ％ 。强 化 是 由于 Ｇ ｅｔ ｒ涡 系 引起 ｏ ｒｅ ｌ 合 矩形翅 片与矩形 开缝 翅 片计 算公 式 ， 结 出波 纹翅 总
板翅散热器性能计算报告
板翅散热器性能计算报告
摘要：
本报告主要对板翅散热器的性能进行计算和分析。
首先介绍了板翅散热器的结构和工作原理，然后通过理论计算和实验测量，得出了散热器的传热性能参数，包括传热系数、表面积、效能等。
最后对计算结果进行了讨论和分析，并提出了对散热器性能的改进建议。
1.引言
2.结构和工作原理
3.热传导计算
根据传热学基础理论，利用散热器的基底管和翅片的材料热传导性能参数，计算传热系数。
4.流体力学性能计算
通过实验测定空气在散热器中的流速和温度分布，计算散热器的表面积以及流体力学参数。
5.散热器性能评价
根据传热系数和表面积计算结果，得出散热器的效能指标，并对计算结果进行分析。
6.讨论与改进建议
通过对计算结果的分析，讨论散热器的性能优势和不足之处，并提出对散热器性能改进的建议。
7.实验验证
通过实验验证计算结果的准确性和可靠性。
8.结论
总结本报告的研究内容和结果，强调板翅散热器的重要性和应用前景，并对未来的研究方向提出展望。
列出使用的文献和资料。
注：以上内容仅为文章结构和内容要点的示例，实际完成的报告应结
合具体情况进行撰写，且文档字数要求应在1500字以上。
板翅散热器性能计算报告
板翅散热器性能计算报告为了更好地评估板翅散热器的性能，我们进行了一系列的计算和实验研究。
以下是我们的计算报告。
首先，我们计算了板翅散热器的热传导性能。
我们使用了传热学经典的热传导公式：q=-k*A*(T2-T1)/d，其中q是传热速率，k是材料的热传导系数，A是热传导面积，T2和T1是传热界面的温度，d是热传导距离。
根据散热器设计的尺寸和材料的热传导系数，我们可以计算出热传导速率。
第二，我们对板翅散热器的对流传热性能进行了计算。
我们使用了对流换热公式：q=h*A*(T2-T1)，其中q是传热速率，h是对流换热系数，A是传热面积，T2和T1是传热界面的温度。
根据散热器的表面积和对流换热系数，我们可以计算出对流传热速率。
第三，我们进行了实验测试，以验证我们的计算结果。
我们使用了一台具有精确温度控制的实验设备，将散热器放置在设备上，并通过传感器测量传热界面的温度。
我们记录了一段时间内的温度变化，并根据实验数据计算出实际的传热速率。
通过比较实验结果和理论计算结果，我们可以评估板翅散热器的性能。
最后，我们还考虑了板翅散热器的流体动力学性能。
我们使用了流体动力学模型，计算了散热器的压降和流速分布。
这些参数对于散热器的性能和效率至关重要。
通过优化设计和计算，我们可以改进散热器的流体动力学性能，提高散热效率。
综上所述，我们通过热传导、对流传热、实验测试和流体动力学计算，对板翅散热器的性能进行了全面的评估。
这些计算和实验结果可以用于设计和优化散热器，提高其散热效能。
希望我们的报告对您有所帮助。
针式翅片圆筒散热器的自然对流散热研究
ＬＥＤ（１ｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）是 发 光 二 极 管 的 简 称 ，由于其 出色 的 电光 转 换 效率 ，被 认 为 是 即将 普 及 的第 四代照 明光 源 ．为达 到更 高 的光 照 强 度 ， ＬＥＤ芯片 的集成 密度 越 来越 高 ，随之 而来 的是 芯 片 热 流密 度 快 速 上 升 ，严 重 影 响 了 ＬＥＤ元 件 的发 光 性 能和 使 用 寿 命 ，为 大 功率 照 明 ＬＥＤ 的普 及 带 来 了障碍 ．ＬＥＤ以 自然对流 散热 为主 是 因为其 拥有 换 热效 率 高 、简单 和便 宜 的特 点 ．由于 灯具 的设 计 不 同 ，自然对 流散 热器 的种 类 也 随之 变 化．根 据 翅 片 的种类 划分 ，常用 的 散热 器 可 划 分 为平 板 翅 片 式 和 针 形翅 片式 ．根 据翅 片分 布 方 向划 分 ，常用 的 散热 器 可 划 分 为 方 形 式 和 圆 形 式 ．
第 ３９卷 第 ３期 ２０１ ８年 ６月
首 都 师 范 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｐｉｔａｌ Ｎｏｒｍ ａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ＮＯ． ３ Ｊｕｎｅ．２０１８
针 式究
符 号 表 Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ Ｑ：热 源 功 率 ，Ｗ ｓ：发射 率 ，无 量纲 Ⅳ：翅 片 在 竖 直 方 向 的个 数 ，无 量 纲 ｋ：散 热 器 的 导 热 系 数 ，Ｗ／（ｍ·Ｋ）
：翅 片 的长 度 ，ｍｎｌ
第 ３期
李 斌 等 ：针 式 翅 片 圆 筒 散 热 器 的 自然 对 流 散 热 研 究
自散热式光伏组件的性能研究
示。当空气流经光伏组件的散热翅片时，由于散 热翅片结构的特殊性，空气由空气流入处进入此 电池区域的散热腔；散热腔的内部宽度有规律地 变化，能够提高进入散热腔内部的空气的流动速
2 试验平台的搭建 2.1 试验平台
为了测试本文所研制的改进后的自散热式光 伏组件的性能，在户外搭建了 1 套试验装置，可 同时对自散热式光伏组件和常规光伏组件的发电 性能进行测量。为了尽量减少其他因素对 2 种光 伏组件的影响，在同一试验平台上对 2 种光伏组 件进行同时测试，试验平台如图 4 所示。
图 2 自散热式光伏组件的工作原理简图
本文所介绍的自散热式光伏组件是在专利的 基础上改变了散热翅片的形状和排列分布，使组 件更便于加工生产。改进后的自散热式光伏组件 背部如图 3 所示。
图 3 改进后的自散热式光伏组件背部示意图
a. 背面示意图
组件 支架
气流方向
支架 b. 侧面示意图
图 1 自散热式光伏组件的背面及侧面示意图
据的准确性，所有仪器设备均具有较高的质量及
精度，所用检测设备均在质检局的有效校准期内。
1) 光伏组件。测试所用的常规光伏组件为晶
澳公司生产的 250 W 光伏组件 ( 型号：JAP6001-
250/SC)；所用的自散热式光伏组件是在常规光伏
组件基础上增加散热翅片制成。常规光伏组件的
参数如表 1 所示。 表 1 常规光伏组件的铭牌参数
为解决高温条件下光伏组件及光伏发电系统
收稿日期：2018-10-11 通信作者：冯相赛 (1985—)，男，博士、高级工程师，主要从事太阳能发电技术方面的研究。fengxiangsai@
52 SOLAR ENERGY 8/2019
一种热翅板相变散热器的传热性能研究
一种热翅板相变散热器的传热性能研究热翅板相变散热器作为一种新型的散热器，具有高效、节能的特点，在电子、通讯、医疗等领域都有着广泛的应用。
本文将从散热原理、构造设计、相变材料以及传热性能等方面进行探讨和分析。
一、散热原理热翅板相变散热器主要是利用相变材料（如蓖麻油、硬脂酸等）的相变过程来吸收或释放热量，从而达到散热的目的。
当相变材料的温度超过其熔点时，相变材料会发生相变，吸收周围环境中的热量。
反之，当相变材料的温度低于其凝固点时，相变材料会释放热量，将周围的热量导入相变材料，达到散热的目的。
热翅板相变散热器的结构一般包括相变材料层、导热片、散热片和散热管等组成部分。
导热片的作用是使相变材料均匀地发生相变，而散热片的作用则是将相变材料释放出的热量散热到周围环境中，从而使温度的升高得到控制。
二、构造设计对于热翅板相变散热器的结构设计，一般需要考虑以下几个方面的因素：1.散热面积。
散热面积的大小会直接影响到热量的散发速度，因此需要根据具体的散热需求，选择相应的散热面积。
2.相变材料的选择。
相变材料的选择直接影响到散热器的散热效果，因此需要根据散热温度范围、相变温度等因素进行综合考虑，选择适合的相变材料。
3.散热片的设计。
散热片的设计需要考虑到相变材料的释放热量，确定它的数量、厚度等参数，以便更好地散热。
4.散热管的设计。
散热管的设计需要考虑到散热器的实际情况，确定它的数量、长度、位置等参数，以实现散热器的整体散热功能。
三、相变材料热翅板相变散热器中所使用的相变材料，主要可以分为有机相变材料和无机相变材料两种。
有机相变材料主要包括蓖麻油、硬脂酸等。
优点是相变温度范围广、相变热大、热物理性能较好，在常温下呈固态，容易加工，不会腐蚀金属表面，使用寿命长。
缺点是相对于无机相变材料，它的热稳定性、耐久性等方面有所欠缺。
无机相变材料主要包括硅酸盐、钠硝酸钠等。
优点是相对于有机相变材料，它的热稳定性、技术性能等方面更好，能够适应较宽的温度范围，耐腐蚀性好。
一种新型低倍聚光光伏背板翅片散热器热性能分析
一种新型低倍聚光光伏背板翅片散热器热性能分析魏靖,李芃（同济大学机械与能源工程学院，上海200092）【摘要】太阳能光伏系统最近几年取得了十分快速的发展,并在太阳能发电领域扮演着越来越重要的地位[1]。
在太阳能聚光光伏领域———一种将光伏技术与聚光技术结合在一起的新领域,由于太阳能材料技术的不断进步,使得高效率的太阳能光伏电池得以面世[2]。
研究表明,在聚光光伏系统中,太阳能电池效率高达46%,远远高于普通太阳能光伏系统。
本文基于低倍聚光光伏系统,提出了一种新型的翅片散热器,其材质为铝,并且其翅片厚度是逐渐变化的。
散热器的冷却能力可以通过监测散热器底面的温度来确定,因此,本文利用comsol 软件建立模型,模拟分析自然对流情况下该翅片散热器的热性能,通过改变翅片散热器的工作条件(工作时的倾角)模拟周围空气速度以及温度的分布。
【关键词】太阳能;光伏系统;翅片散热器【中图分类号】TM914.4【文献标识码】A 【文章编号】2095-2066（2020）09-0001-02太阳能聚光光伏系统根据聚光比的不同可以分为不同的类型。
聚光比介于2~30之间的属于低倍聚光光伏；聚光比高于100的属于高倍聚光光伏。
有研究表明，随着太阳能聚光光伏电池温度的上升，其效率也随之下降。
因此，降低电池的温度可以显著提高聚光光伏系统光电转换效率并且降低电池随时间老化的速度。
自然对流是太阳能电池被动式散热器的最主要的热交换方式，考虑到自然对流中对流换热系数的变化范围很小（1~10W/m 2·K ），所以最有效地降低热阻的方式就是增加换热的面积，因此散热器上会加上翅片。
翅片散热器广泛地应用于各个领域，一些研究表明，在聚光光伏系统中，翅片型散热器的效率远高于平板式散热器。
1物理计算模型1.1物理和数学模型翅片散热器物理模型的尺寸如表1所示。
在散热器底板正下方有一恒定功率（P =250W ）的太阳能电池板，其表面与散热器底板紧密接触。
LED板状肋片散热器性能的方向效应
LED板状肋片散热器性能的方向效应张建新;杨庆新;牛萍娟;王宁;蒋怡娜【摘要】The plate-fin heat sink is widely used in LED lamp for application of multi-angle illumi-nation. According to the key structures of a LED projection lamp, the orientation effects on heat dis-sipation performance of plate-fin heat sink with natural convection cooling were researched under 3 driving currents and 7 inclination angles between illumination direction and gravity direction. Based on the validity and accuracy of numerical simulation verified by experimental results, the thermal mechanisms with respect to maximum excess temperature and temperature uniformity were investiga-ted through analyzing temperature and flow data derived from numerical simulation. The obvious differences of air velocity distribution in the flow channel of fins are found among inclination angles, these differences are the main reason of sensitive orientation effect about maximum excess tempera-ture and temperature uniformity. In addition, air velocity difference between upstream and down-stream around the measuring point with maximum temperature can be used to quantitatively interpret the variation trend of temperature uniformity in different inclination angles. Furthermore, the effects of inclination angle and fin spacing on the maximum excess temperature were analyzed. The results show that the heat dissipation performance of plate-fin heat sink with optimal fin spacing has high orienta-tion sensitivity, so the study of orientation effects on the air flowand heat transfer of plate-fin heat sinks is an indispensable task in the thermal design of LED with multi-angle illumination function.%为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应，以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象，采用实验测量法验证数值模拟的计算精度，并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。
光伏背板翅片散热器自然对流特性分析
光伏背板翅片散热器自然对流特性分析张苏阳;朱群志;张涛【摘要】The rapid development of concentrating photovoltaic will face the problem of heat dissipation.In this paper,the heat dissipation characteristics of fin radiator are analyzed.Based on fluent numerical simulation software to simulate the distribution of fin heat sinks under constant temperature heating and natural convectioncondition,temperature distribution and velocity.In the temperature of 50℃ ≥ △T≥ 100℃ for 140 mm≥H≥60 mm fin height,fin spacing of 14 mm≥S≥6 mm within the scope of the fin size optimization,the change trend of the average convection coefficient of fin surface.The results showed that 50 ～100 degree centigrade temperature difference is bigger,the convective heat transfer coefficient increased;H =100 mm,the largest amount of heat transfer,which was 32.15％ higher than H =80 mm;the quantity of heat maximum S =12 mm,and S =10 mm is increased by 27.44％.%聚光光伏等的快速发展都会面临散热问题,本文对翅片散热装置的散热特性作了相关分析.基于Fluent数值模拟软件,对矩形片状翅片散热器在定温加热、自然对流条件下的温度分布和速度分布进行了模拟;在温差50℃≥△T≥100℃、翅片高度140 mm≥H≥60 mm、翅片间距14 mm≥S≥6 mm范围内对翅片尺寸优化,得出翅片表面平均对流换热系数的变化趋势.结果表明,50～100℃内温差越大,对流换热系数越大;H取100 mm时,散热量最大,较H=80 mm时提高了32.15％;S取12 mm时散热量最大,较S=10 mm时提高了27.44％.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)003【总页数】5页(P235-239)【关键词】翅片;散热;自然对流;强化换热;CFD【作者】张苏阳;朱群志;张涛【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TK515随着太阳能光伏发电的迅速发展，建造成本更低、发电效率更高的聚光光伏系统倍受青睐。
自然对流翅片散热器的设计和优化
高一博，罗小兵，黄素逸，刘君华中科技大学能源学院工程热物理实验室，武汉（430074）E-mail: gaohustht@摘要：翅片散热是目前电子元器件冷却最常见的方式。
本文通过计算模型优化设计水平放置的翅片散热器，以实现最大散热量和最少耗材为目标，对翅片高度、厚度和间距等进行优化分析。
在计算过程中，翅片的换热系数的计算最为困难。
许多情况下，由于两个相临翅片的边界层互相重合，使得求解边界层方程异常困难。
因此借助实验关联式并依靠计算机进行迭代计算非等温翅片表面达到稳态，即均匀热流时的对流换热系数相对简单。
利用编写的程序，以几个实例开展计算，结果表明：翅片间距与高度的比值对散热器平均对流换热系数的影响较大。
通过计算，在文章最后的表格中得出了最少耗材和最小空间体积时散热器的尺寸。
关键词：散热器；自然对流；对流换热系数；最少耗材；翅片尺寸；优化中图分类号：TK1.引 言随着电子器件集成度的提高，散热量也呈几何式增长，为了保证电子设备可靠工作，热设计越来越重要。
目前，仅靠封装外壳的散热无法满足散热要求，一般采用翅片散热器来增大电子器件与环境的有效接触面积来强化换热，因此翅片散热器的设计越来越得到重视。
翅片散热器是一种在电子器件中使用范围比较广的散热器，换热方式为与空气进行对流换热。
按照引起流动的原因而论，可分为自然对流和强迫对流。
自然对流的表面传热系数虽然比较低（<10W/K-㎡），但因为其无活动部件、性能稳定并且制造成本低这些优点，得到最广泛应用。
关于自然对流散热器的设计优化，Avram Bar-Cohen、J. Richard Culham和M. Michael Yovanovich已经做了大量的研究[1][2][3]，在这些文章中，基本研究的是垂直布置的翅片散热器，但是在实际应用中，很多翅片的基板都是水平放置，比如LED路灯上的翅片。
本文根据前人的成果对翅片散热器水平放置时的设计尺寸进行优化，以得到满足散热要求的情况下，最小的散热器耗材。
路灯散热器自然对流分析
随着LED技术的发展，功率型LED在背光、汽车、户外照明、商业照明等领域都得到飞速发展。
但是目前单颗LED的输出光通量较低，对于户外照明，需要将LED集成才能达到所需的亮度。
在LED的光电转化中，只有10%～20%的电能转化为光输出，其余的转化为热能，热量通过LED基板传导到外部安装的散热装置来进行散热。
为了保证LED路灯的寿命和可靠性，led芯片结温要控制在120℃以下。
LED用于道路照明或隧道照明，要满足防尘、防水、雷击、风压等多方面的要求，所以大功率LED路灯散热器采用自然对流这种冷却方式最佳。
针对大功率LED路灯的散热难题，国内外学者或制造者在散热器结构和材料上做了很多工作。
刘静等人-采用等效电路的热阻法计算了大功率LED照明器的热阻，并估算了散热器的面积，然后利用Icepak软件进行建模分析，改变散热器结构的几何参数，通过分析比较得出翅片高度变化对散热性能影响最明显。
张琦等人采用ansys有限元软件对其散热结构进行了热分析，分析了铝制热沉不同结构参数对其温度场的影响情况。
通过模拟优化，有效减小了散热器的质量，优化了散热器的结构。
胡红利等人基于LED照明热电元件和热管技术来控制LED灯散热，并增加一个余热回收系统，结构复杂，附件多，影响其工作的稳定性。
张雪粉设计了多种大功率LED散热器模型，但对各个散热器在自然对流的模拟分析过程中，对其表面均采用定值平均换热系数。
虽然计算区域只有散热器本身，大大地简化了计算量，减少计算时间，方便散热器设计，但由于几何结构上的复杂性，平均换热系数必须通过实验与数值计算反复校正才能准确得到。
L.Dialameh等人对翅片散热器进行了三维数值模拟优化，分析了不同肋片高度与肋片间距中空气的速度大小分布情况；在不同的肋高和肋间距下，得出肋片不同的平均换热系数。
常规的50WLED路灯散热器外形如图1所示，其体积大，浪费的金属材料多，成本居高不下，导致大功率LED路灯产业化应用受阻。
环境风下太阳能PV板对流散热特性实验研究
环境风下太阳能PV板对流散热特性实验研究赵中英;郭婕娟;王育才【摘要】在实验室条件下,通过建立环境风道,采用电加热的方式,对PV板在环境风下的对流散热损失进行实验研究.考察倾角α、风向角θ、风速V以及热流密度q 对PV板表面对流散热特性的影响,得到了不同条件下PV板表面平均对流热损失努谢尔特数Nu的变化规律.结果表明,在任意风向角下,当风速较小时,Nu对PV板倾角变化并不敏感,但是随着风速的增大,倾角对Nu的影响不断增大.当PV板在背风侧时,Nu随着倾角的增大有一个迅速减小的过程;此外,以风速1 m/s为转折点,低风速下Nu随风速的变化规律与高风速下明显不同.【期刊名称】《宁夏电力》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】7页(P54-60)【关键词】PV板;环境风;对流热损失;实验研究;不确定度分析【作者】赵中英;郭婕娟;王育才【作者单位】国网宁夏电力有限公司,宁夏银川750001;国网宁夏电力有限公司,宁夏银川750001;国网宁夏电力有限公司,宁夏银川750001【正文语种】中文【中图分类】TM615太阳能PV电池的光电转换效率与其运行温度密切相关［1-3］，PV电池的运行温度在一般情况下可看成是PV板的温度，主要受表面对流热损失和辐射热损失的双重影响，其中，对流热损失的计算和确定与辐射热损失相比更加复杂，因此，研究环境风条件下的太阳能PV板表面的对流散热特性对于预测和控制太阳能PV电池的运行温度，提高太阳能光伏电转换性能具有重要的理论和实际意义。
目前，在对太阳能PV板表面对流热损失进行分析和计算时，一方面主要是借鉴和利用平板型太阳能集热器中平板表面对流热损失的相关研究结果。
如Sharples［4］在室外条件下，研究了风速和风向角对平板表面热损失的影响，得到了不同风向角下，对流热损失系数与风速之间的关系式。
Sartori［5］和 Kumar［6］分别在室外条件下，考察了平板尺寸对其表面对流热损失的影响，结果发现，平板表面对流热损失系数与其尺寸成反比。
翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨_何川
图 ２ 翅片散热板基本结构尺寸
２ 数学模型
假设 流 动 是 三 维 不 可 压 稳 态 流 动 ， 考虑到由温 差 引 起 的 浮 升 力 的 作 用 ，在 计 算 中 引 入 了
１ ０ Ｂ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｑ 假设 （ ） 除了引起流体流动的密度差外 ， 方程式中其 １ ［ ］
０ 引言
随着单只 Ｌ 其芯片工作时 Ｅ Ｄ 灯具功率的增大 ， 的发热量迅速增大 ， 如果产生的热量不能及时有效 那么将会使 Ｌ 导致发光 地散出 ， Ｅ Ｄ 芯 片 温 度 升 高，
］ １ ２ － 。 效率降低 ， 加 速 元 件 老 化， 甚 至 导 致 元 件 失 效［
题。 从使用成本来看 ， 采用 自 然 对 流 是 照 明 用 Ｌ Ｅ Ｄ 灯源散热 最 经 济 的 方 式 ， 且 具 有 安 全 可 靠 的 优 点。 散热器的结构及芯片封装方式 ， 对Ｌ Ｅ Ｄ 灯具在自然 对流条件下的散热效果具有决定性的作用 。 采用数
Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｎ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ａ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ Ｆ ｉ ｎ Ａ ｒ ｒ ａ ｓ ｉ ｎ Ｌ ａ ｒ ｅ Ｓ ａ ｃ ｅ Ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｇ ｙ ｇ ｐ
《 半导体光电 》 ２ ０ １ １年１ 等： 翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨
材料 、 结构及工艺
翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨
２ ，高园园２，陈启勇２ 何 川１，
最外层计算区域中选取位于散32热流密度连续通过改变压力边界条件湍流模型和压力差值格式共采用了十二种不同计算条件的组合对翅片散热板进行大空间自然对流的数值计算如表2数值计算的十二种条件组合模型条件no压力边界条件压力差值格式壁面函数法六个面全部为压力入口presto壁面函数法六个面全部为压力出口presto壁面函数法六个面全部为压力入口标准simple壁面函数法六个面全部为压力出口标准simple模型六个面全部为压力入口标准simple模型六个面全部为压力出口标准simple模型六个面全部为压力入口presto模型六个面全部为压力出口presto模型底面为压力入口其他面为压力出口标准simple10模型底面为压力入口其他面为压力出口presto11模型顶部为压力出口其他面为压入出口标准simple12模型顶部为压力出口其他面为压入出口prestosemiconductoroptoelectronicsvol32no5oct2011计算结果当质量达到守恒残差值达到稳定时即可视为收敛
光伏太阳能电池板自然通风冷却的数值模拟_侯娜娜
1抑1.0
(5)
2抑1.0-0.3exp(- 2)
(6)
窑40窑
能源研究与管理 2020 （1）
研究与探讨
=exp[-2.5/(1+ /50)]
(7)
= 2 /( )
(8)
其中，当 很大时， 1、 2 和 都与 1 无限接近。 1.2.3 能量守恒方程
具有热交换的流体流动系统需要遵从的基本定
+
鄣 鄣
+
1
2
1 -2
2 -2
蓸 蔀鄣2 2 鄣2
(3)
=
2/
(4)
式中： 为壁面法向坐标，在实际计算中，方向 可
以近似取 、 和 三者当中最满足条件的一个；
为与壁面平行的流速，m/s，在实际计算中， 也进
行与 类似处理； 1 、 2 、 、 、 均为常 数 ， 1 =1.44、 2 = 1.92、 =0.09、 =1.0、 = 1.3； 1、 2 和 为系数。
2 结果分析
2.1 有 / 无肋片时的温度及速度 光伏太阳能电池板周围温度及速度分布见图 3、
图 4。
（a）无肋片
式中： 为位置向量； 为方向向量； ' 为散射方向 向量； 为沿程长度，m； 为吸收系数； 为折射 指数； 为折射系数； 为当地温度； 为斯蒂芬玻尔 兹曼常 数，5.672伊108 W/(m2·K4)； 为 辐射 强
律是能量守恒定律。则能量守恒数学表达式为[12]：
鄣( 鄣
)
+
鄣( 鄣
)
+
鄣( 鄣
)
+
鄣( 鄣
)=
蓸 蔀 蓸 蔀 蓸 蔀 鄣
响应面分析翅片参数对含内热源封闭腔内对流-辐射耦合传热特性的影响
响应面分析翅片参数对含内热源封闭腔内对流-辐射耦合传热特性的影响第五嘉玮;王烨;胡润鑫【期刊名称】《兵器装备工程学报》【年(卷),期】2024(45)2【摘要】为研究内置翅片参数对含内热源封闭腔内自然对流-辐射耦合传热的影响,在是否考虑内壁面辐射效应的基础上,对不同翅片单参数下腔内传热能力进行了数值分析对比,并就翅片多参数交互作用对腔内对流-辐射耦合传热效果的影响进行了响应面分析。
结果表明:一定强度的壁面辐射有利于改善热源表面和冷壁面的对流换热效果。
壁面辐射使得翅片附近的冷壁面局部Nu数波动程度有所增强,冷壁面平均Nu数相比无翅片工况最高提升了16.74%;无论是否考虑辐射,翅片单参数变化,翅片长度l对热源表面平均Nu数的影响最为显著,最优翅片单参数均依次为:θ=120°、l=0.02H、a=0.75H,考虑辐射对应的热源表面平均Nu数提升率η更高,分别为10.15%、11.03%、10.48%;引入响应面优化法,分析得出翅片长度与安装高度的交互作用对热源表面平均Nu数影响最显著,腔内对流-辐射耦合传热效率最高的翅片参数组合为:θ=117.94°,l=0.023H,a=0.734H,此时,热源表面平均Nu 数为26.50,相比无翅片工况提升了13.15%。
所得翅片参数影响规律及多目标优化结果反映各因素交互作用显著度的同时,也为改善工业装置封闭空间内发热元件对流冷却效果提供了理论指导。
【总页数】11页(P117-127)【作者】第五嘉玮;王烨;胡润鑫【作者单位】兰州交通大学环境与市政工程学院;兰州交通大学铁道车辆热工教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TK124【相关文献】1.多孔翅片散热器内辐射/对流/导热的耦合传热2.倾角对含内热源封闭方腔内湍流自然对流换热影响3.多孔翅片对封闭腔内自然对流传热影响的多参数优化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ５ Ｏ ～１ ０ ０ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｉ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｂ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ．ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ｅ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ｗｉ ｌ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
张苏阳。 朱 群志 。 张 涛
（ 上海 电力 学 院 能 源与机 械 工程 学 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ０ ） 摘 要： 聚光 光伏 等 的快速 发展 都会 面临散 热 问题 ， 本 文 对翅 片散 热装 置的散 热特 性作 了相 关
分 析 。基 于 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 数值 模 拟软件 ， 对矩 形片 状翅 片散 热 器在 定 温加 热 、 自然 对流 条件 下的 温度分 布 和 速度 分 布进 行 了模 拟 ； 在 温差 ５ ０ ℃ ≥△ ≥１ ０ ０ ℃、 翅 片高度 １ ４ ０ ｍｍ≥Ｈ≥６ ０ ｍ ｍ、 翅 片 间距 １ ４ ｍ ｍ≥ＳＩ ＞６ ｍｍ 范 围 内对 翅 片尺寸 优 化 ， 得 出翅 片表 面平 均 对 流换 热 系数 的 变化 趋 势 。结 果表 明， ５ ０—１ ０ ０ ℃ 内温 差越 大 ， 对流 换热 系数越 大 ； 日取 １ ０ ０ ｍ ｍ时， 散 热 量最 大 ， 较 日＝８ ０ ｍｍ 时提 高 了３ ２ ． １ ５ ％； ． ｓ 取 １ ２ ｍｍ 时散 热量 最大 ， 较 Ｓ＝１ ０ ｍｍ 时提 高 了 ２ ７ ． ４ ４ ％。
１ ０ ０ ｑ Ｃ ｆ ｏ ｒ １ ４ ０ ｍｍ ≥ Ｈ ３ ６ ０ ｍｍ ｉ ｆ ｎ ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ．６ ｎ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ １ ４ ｍｍ ≥ ＳＩ ＞６ ｍｍ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ
ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ．ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ５ ０ ℃ ≥ △ ≥
第３ ５卷 ， 总第 ２ ０ ３期 ２ ０ １ ７年 ５月 ， 第 ３期
《节 能 技 术 》
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳ ＥＲＶＡＴＩ ＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ １ ． ３ ５， Ｓ ｕ ｍ． Ｎｏ ． ２ ０３ Ｍａ ｙ ． ２ ０１ ７， Ｎｏ ． ３
光 伏 背 板 翅 片散 热 器 自然 对 流特 性 分 析
关 键词 ： 翅片； 散热 ； 自然对 流 ； 强化换 热 ； Ｃ Ｆ Ｄ
中圈分 类 号 ： Ｔ Ｋ ５ １ ５
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ２—６ ３ ３ ９（ ２ ０ １ ７ ）０ ３— ０ ２ ３ ５— ０ ５
Ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｆｉ ｎ ｓ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈｅ ｄ ｏ ｎ Ｐｈｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ Ｃｅ ｌ ｌ ｓ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｃｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｃｏ ｎｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ．ｔ ｈｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｉｎ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｆ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｓ ｉ ｎ ｋｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ