自然对流与强制对流及计算实例
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自然对流与强制对流及计算实例
热设计就是电子设备开发中必不可少得环节。本连载从热设计得基础——传热着手,介绍基本得热设计方法。前面介绍得热传导具有消除个体内温差得效果。上篇绍得热对流,则具有降低平均温度得效果。
下面就通过具体得计算来分别说明自然对流与强制对流得情况。
首先,自然对流得传热系数可以表述为公式(2)。
热流量=自然对流传热系数×物体表面积×(表面温度-流体温度) (2)
很多文献中都记载了计算传热系数得公式,可以把流体得特性值带入公式中进行计算,可以适用于所有流体。但每次计算得时候,都必须代入五个特性值。因此,公式(3)事先代入了空气得特性值,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就是代入空气得特性值后求得得系数。如果就是向水中散热,2、51需要换成水得特性值。
公式(3)出现了C、L、⊿T三个参数。C与L从表1中选择。例如,发热板竖立与横躺时,周围空气得流动各不相同。对流传热系数也会随之改变,系数C
就负责吸收这一差异。
代表长度L与C就是成对定义得。计算代表长度得公式因物体形状而异,因此,在计算得时候,需要从表1中选择相似得形状。
需要注意得就是,表示大小得L位于分母。这就表示物体越小,对流传热系数越大。
⊿T就是指公式(2)中得(表面温度-流体温度)。温差变大后,传热系数也会变大。物体与空气之间得温差越大,紧邻物体那部分空气得升温越大。因此,风速加快后,传热系数也会变大。
公式(3)叫做“半理论半实验公式”。第二篇中介绍得热传导公式能够通过求解微分方程得方式求出,但自然对流与气流有关,没有完全适用得理论公式。能建立理论公式得,只有产生得气流较简单得平板垂直放置得情况。因为在这种情况下,理论上得温度边界线得厚度可以计算出来。
但就是,如果发热板水平放置,气流就会变得复杂,计算得难度也会增加。这种情况下,就要根据原始得理论公式,通过实验求出系数。也就就是说,在公式(3)中,理论计算得出得数值0、25可以直接套用,C得值则要通过实验求出。
自然对流传热系数无法大幅改变
图4:自然对流传热系数无法大幅改变
物体沿流动方向得尺寸越小,单位面积得散热量越大。自然对流得传热系数随斜率与面得曲率变化,但变化得幅度不大。而强制空冷可以通过提高风速与湍流化,大幅改变传热系数。
形状与配置对于自然对流得传热系数会产生多大得影响(图4)?举例来说,平面得传热系数h等于
2、51×0、56×((Ts-Ta)/H)0、25,
而圆筒面得传热系数h等于