本文主要解釋一下傳導、對流和輻射這三種散熱方式,以及理論計算公式;
一、什么是熱傳導、熱對流和熱輻射;
1.熱量也會從熱的物體轉移到冷的物體,就像水從高處流向低處一樣;對于內部存在溫差的固體,熱量會從高溫區域傳遞到低溫區域,在固體內部的這種熱傳遞稱為熱傳導;
2.當冷流體(氣體/液體)在熱固體表面流動時,熱量從熱固體表面傳遞到冷流體上,流體和固體表面之間的這種傳熱方式稱為熱對流;
3.即使冷熱物體不接觸也可以傳遞熱量,比如不接觸太陽,就可以感受到來自太陽的熱量,這種物體相互之間不接觸而發生的熱量傳遞稱為熱輻射;
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什么是導熱凝膠?
導熱凝膠是以硅樹脂為基材,添加導熱填料及粘結材料按一定比例配置而成,并通過特殊工藝加工而成的膏狀間隙填充材料,按1:1(質量比)混合后固化成高性能彈性體,隨結構形狀成型,具備最優異的結構適用性和結構件表面貼服特性。這種材料同時具有導熱墊片和導熱硅脂的某些優點,較好的彌補了二者的弱點,特別適合空間受限的熱傳導需求。
二、熱傳導計算公式;
1.根據傅立葉熱傳導公式可知,傳熱速度與溫差成正比,與距離成反比;
k為導熱系數[W/(m·℃)],表示傳熱的難易程度,導熱系數由材料自身性質決定,其數值越高表示傳遞熱量的能力越強;
一般來說,固體的導熱系數大于液體,液體的導熱系數大于氣體;如常溫下純銅的導熱系數高達400W/(m*℃),純鋁的導熱系數為236W/(m*℃),水的導熱系數為0.6W(m*℃),而空氣僅0.025W/(m*℃)左右;
2.可以根據上述公式推導導熱熱阻R,如下圖示,導熱熱阻R=L/kA,熱阻的單位為℃/W;
熱阻的物理意義就是傳遞1W的熱量需要多少溫度差;
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導熱系數,又稱熱導率,單位為瓦/(米·度)【W/(m·K),K可用℃代替】;
在物體內部垂直于導熱方向取2個 "相距1米、面積為1平方米的相互平行" 的平面,若這2個平面的溫差是1K,則在1秒內從1個平面傳導至另1個平面的熱量,就規定為該材質的熱導率;
三、熱對流計算公式;
1.熱對流傳遞的熱量,主要由對流換熱系數和換熱面積決定,Newton對流換熱公式如下;
對流換熱系數與導熱系數不同,它不是一個特定的值,而是由流動條件和壁面狀態共同決定的系數;隨著流體速度的增加,對流換熱系數會變大;
自然對流的換熱系數在1~10W/(m²·℃)量級,實際應用時一般不會超過3~5W(m²·℃);強制對流時換熱系數在10~100W/(m²·℃)量級,實際應用時一般不會超過30W/(m²·℃);
2.同樣可以根據上述公式推導對流熱阻R,如下圖示,對流熱阻R=1/hA,熱阻的單位為℃/W;
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四、熱輻射的計算公式;
與熱傳導和熱對流不同,熱輻射是通過電磁波來傳遞熱量的;由于電磁波是'波',所以電磁波能夠在真空中傳播;在工程計算中,物體的實際輻射能力如下;
T是物體的絕對溫度值=攝氏溫度值+273.15℃,ε是表面的黑度或發射率,該值取決于材料種類、表面溫度和表面狀態,與外界條件無關,也與顏色無關;
一般情況下,磨光的鋁表面的黑度為0.04,氧化的鋁表面的黑度為0.3,黑色(亮黑和無光)陽極氧化的鋁表面的黑度為0.85,噴塑(黑色和白色)的鋁表面的黑度為0.85,涂覆綠油的PWB表面的黑度為0.8