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2021.05.01
学习教室

热对流!?原来是这么回事

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火山爆炸圖

在自然发生的热能交换过程中,热量都会由高温处向低温处传递,这种现象称为热传递。而热传递方式有热传导、热对流、热辐射三种。其中,热对流是指流体内部的分子运动,常发生在流体内部或流体和固体之间有温度差时。因为温度差会导致流体密度不同,当液体或气体受热时,体积膨胀使得密度减少,物质逐渐上升,原位置则由于周围温度低密度大的物质补充,此物质再受热上升,周围物质又来补充,如此循环将热量由流体传播到各处,即为热对流。

 

在热传学中,对流被分为自然对流与强制对流。自然对流是指在流体之间有温度差存在时产生的现象,例如,热空气上升冷空气下降(因为热空气密度较冷空气小所以会上升,反之冷空气密度较热空气大所以会下降)。强制对流是指当有外力推动(如通过泵或者风扇)流体导致的对流现象。例如:电风扇加热器,当风吹过加热元件时,空气就被加热。抑或当一个人对着食物吹气时,因为气体温度较低使得食物温度降低,使用的是强制对流。

热通量(Local heat flux)可记为

q"=h(Ts-T∞)

其中,h为热对流系数,h越高则热对流效果越佳。

而影响热对流系数的因素包括:流体运动状态(流速和方向)、流体的种类与其物理特性、热传固体的形状和表面状态等。以散热鳍片来说,鳍片间距较密的鳍片散热效果较好,但若鳍片间距太小,使得空气无法进入鳍片间进行热交换,则会降低散热效果,可通过热模拟的方式找出最佳的鳍片间距。

通常来说,10W以下的热源使用自然对流的方式,通过散热鳍片,配合外壳开孔增加空气对流即可解决,而10W以上热源则需要使用强制对流的方式进行散热。

 


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作者

高柏研發工程團隊

团队介绍 | 
拥有独立创新研发的专业热流工程师团队,为客户提供前期热模拟规划、机构散热设计谘询,面对不断演进的市场趋势,得以迅速做出反应,不断提供创新的解热方案。

 

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