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2021.05.01
學習教室

熱對流!? 原來是這麼回事

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火山爆炸圖

自然發生的熱能交換過程中,熱量皆會由高溫處向低溫處傳遞,這種現象稱為熱的傳遞。而熱的傳遞方式有熱傳導、熱對流、熱輻射三種。其中熱對流是指流體內部的分子運動,常發生在流體內或流體和固體之間有溫度差時發生。因為溫度的差異會使得流體之間的密度不同,當液體或氣體物質受熱時,體積膨脹使得密度減少,物質逐漸上升,原位置則由於周圍溫度低密度大的物質補充之,此物質再受熱上升,周圍物質又來補充,如此循環將熱量由流體傳播到各處,即為熱對流。

 

在熱傳學中,對流被分為自然對流強制對流。自然對流是指在流體之間有溫度差存在時產生的現象,例如,熱空氣上升冷空氣下降(因為熱空氣密度較冷空氣小所以會上升,反之冷空氣密度較熱空氣大所以會下降)。強制對流是指當有外力推動(如通過或者風扇)流體導致的對流現象。例如:電風扇加熱器,當風吹過加熱元件時,空氣就被加熱。抑或當一個人對著食物吹氣時,因為氣體溫度較低使得食物溫度降低,使用的是強制對流。

 

熱通量(Local heat flux )可記為

q"=h(Ts-T∞)

其中,h為熱對流係數,h越高則熱對流效果越佳。

而影響熱對流係數的因素包括:流體運動狀態(流速和方向)、流體的種類與其物理特性、熱傳固體的形狀和表面狀態等。以散熱鰭片來說,鰭片間距較密的鰭片散熱效果較好,但若鰭片間距太小,使得空氣無法進入鰭片間進行熱交換,則會降低散熱效果,可透過熱模擬的方式找出最佳的鰭片間距。

       

通常來說,10W以下的熱源使用自然對流的方式,透過散熱鰭片,配合外殼開孔增加空氣對流即可解決,而10W以上熱源則需要使用強制對流的方式進行散熱。

 


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作者

高柏研發工程團隊

團隊介紹 | 
擁有獨立創新研發的專業熱流工程師團隊,為客戶提供前期熱模擬規劃、機構散熱設計諮詢,面對不斷演進的市場趨勢,得以迅速做出反應,不斷提供創新的解熱方案。

 

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