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散热的技术解析
2015-9-10
来源:未知
点击数: 1993          作者:未知
  • 虽然我们常将热称为热能,但热从严格意义上来说并不能算是一种能量,而只是一种传递能量的方式。从微观来看,区域内分子受到外界能量冲击后,由能量高的区域分子传递至能量低的区域分子,因此在物理界普遍认为能量的传递就是热。当然热最重要的过程或者形式就是热的传递了。

      学过中学物理的朋友都知道,热传递主要有三种方式:

      传导 物质本身或当物质与物质接触时,能量的传递就被称为热传导,这是最普遍的一种热传递方式,由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而言,热传导方式局限于固体和液体,因为气体的分子构成并不是很紧密,它们之间能量的传递被称为热扩散。

      热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量,也就是热传导所产生或传导的热量;K为材料的热传导系数,热传导系数类似比热,但是又与比热有一些差别,热传导系数与比热成反比,热传导系数越高,其比热的数值也就越低。举例说明,纯铜的热传导系数为396.4,而其比热则为0.39;公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)ΔT代表两端的温度差;ΔL则是两端的距离。因此,从公式我们就可以发现,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比,同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大,传输的距离越短,那么热传导的能量就越高,也就越容易带走热量。

      对流 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触,造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。

      具体应用到实际来看,热对流又有两种不同的情况,即:自然对流和强制对流。自然对流指的是流体运动,成因是温度差,温度高的流体密度较低,因此质量轻,相对就会向上运动。相反地,温度低的流体,密度高,因此向下运动,这种热传递是因为流体受热之后,或者说存在温度差之后,产生了热传递的动力;强制对流则是流体受外在的强制驱动(如风扇带动的空气流动),驱动力向什么地方,流体就向什么地方运动,因此这种热对流更有效率和可指向性。

      热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。公式中Q依旧代表热量,也就是热对流所带走的热量;H为热对流系数值,A则代表热对流的有效接触面积;ΔT代表固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中,热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系;热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高,所能带走的热量也就越多。

      辐射 热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下,不需要接触,就能够发生热交换的传递方式,也就是说,热辐射其实就是以波的形式达到热交换的目的。

      既然热辐射是通过波来进行传递的,那么势必就会有波长、有频率。不通过介质传递就需要的物体的热吸收率来决定传递的效率了,这里就存在一个热辐射系数,其值介于01之间,是属于物体的表面特性,而刚体的热传导系数则是物体的材料特性。一般的热辐射的热传导公式为“Q =E×S×F×Δ(TaTb)”。公式中Q代表热辐射所交换的能力,E是物体表面的热辐射系数。在实际中,当物质为金属且表面光洁的情况下,热辐射系数比较小,而把金属表面进行处理后(比如着色)其表面热辐射系数值就会提升。塑料或非金属类的热辐射系数值大部分都比较高。S是物体的表面积,F则是辐射热交换的角度和表面的函数关系,但这里这个函数比较难以解释。Δ(TaTb)则是表面a的温度同表面b之间的温度差。因此热辐射系数、物体表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。

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