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热阻与温度无关?(二)

来源: 原创 / 作者: Johnson / 时间: 2018-03-03 11:47
一般的自然对流、辐射换热情况,热阻不能看成与温度无关的常量。那么强迫对流散热的情况,是不是热阻就都能近似看做常数了呢?

 
热阻与温度无关?(二)
                                  Johnson
 
上次文章《热阻与温度无关?》说明了,一般的自然对流、辐射换热情况,热阻不能看成与温度无关的常量。那么强迫对流散热的情况,是不是热阻就都能近似看做常数了呢?
答案是否定的。
热管作为一种高效的传热元件,应用日期广泛。一般认为,热管的导热系数可以搞到10 000W/mk以上。但事实上,热管强大的导热能力是有条件限制的。普通吸液芯型的热管,传热能力有几大限值:粘滞限、声速限、携带限、毛细限和沸腾限。用图线表示为下图形式,蓝色阴影区域即为热管的传热极限。温度不同,热管的最大传热能力也有不同。当温度很高或很低时,热管的传热能力非常差,表现为,热管散热器的热阻有所升高。 
因此,在热设计网2017秋季培训班的辅导QQ中,有学员反应,测试热管散热器的热阻时发现,发热功率比较低时,散热器热阻比较恒定,当发热功率超过一定值时,热阻忽然有一个跃升,原因就是传热量超过热管的传热极限。
除了热管散热器,针对通讯类产品,风扇往往是调速的,也就是说,风量是随温度而变化的,折算热阻,自然也是随温度而变化的。因此,Johnson建议在样机测试时,将风扇设置为固定转速。
既然强迫对流换热有特例,那么自然对流是不是也有例外呢?
一般的自然对流,热阻跟温差有关。但是密闭腔体内的自然散热会有例外。密闭腔体内,当Ra<1708时,浮升力无法克服粘滞力,对流无法产生,此时的自然散热只以传导方式进行。如下图(a)所示。温度变化比较小的情况,如果忽略空气导热系数随温度的变化,这个对流热阻可以看成固定的值。值得一提的是,此刻,自然对流伴随的辐射热阻,依然保持着那个复杂的形式。 
平行水平板间的自然对流,下面板加热
(a) 热传导, Ra<1708; (b) 蜂窝流的流线,1708< Ra< 50000; (c) 蜂窝流等温线,1708< Ra< 50000; (d)自然对流,紊流 Ra>50000
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