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熱阻小議

日期:2019-09-18

今天跟大家討論一下熱阻。

一維導熱公式為   

                       

其中k代表導熱系數;L代表導熱路徑長度;F代表導熱路徑的橫截面積。k為物性參數,雖然它隨溫度變化,但在電子散熱的常用溫度區間內,變化幅度較小,一般為了簡化問題,可以認為k是固定值。

 

k視為常數,在尺寸固定的條件下,Q和ΔT成線性關系。我們把ΔT和Q的比值稱為導熱熱阻,一維導熱熱阻表示為

 

忽略k的變化時,它是常數。

但是有個特例需要注意,就是當導熱的路徑中有熱管時,當量導熱系數不一定是常數。熱管的傳熱極限影響,導致熱流量過大,或者超出一定溫度區間時,熱管性能急劇下降。對應的導熱系數也會大幅度降低。所以,此時的導熱熱阻不能當作常數,因此Q和ΔT不再成線性關系。

 

再講對流,對流換熱公式可以表示為

 

其中h為對流換熱系數,F為對流換熱面積

對于強迫對流換熱,

 

其中 L代表特征尺寸;k代表導熱系數;ν代表運動粘度;Pr代表普朗特數;u代表流速;C1、m、n代表常數。忽略物性參數的變化,同時速度和尺寸一定的條件下,h也可以視為常數,即Q和ΔT成線性關系,我們把ΔT和Q的比值稱為對流熱阻,則

 

可以展開為

針對對流熱阻的特例為自然對流,將h與Ra的關系展開,并帶入上述的對流換熱公式,

其中L代表特征尺寸;F代表對流換熱面積;C、m、n代表常數,層流時m=1.25,紊流時m=1.333,因此Q和ΔT的比值不再是孤立的,如果我們還把ΔT和Q的比值稱為對流熱阻,那么它會和ΔT(或者Q)有關,因此Q和ΔT不再成線性關系。 

除導熱和對流以外,還有輻射換熱,可以表示為

 

式中 ε代表物體表面黑度;σ則為Stefan-Boltzmann常數;f1, 2表示角系數;F表示輻射換熱面積;T1、T2分別代表兩物體表面的開爾文溫度。

我們依然將ΔT(即T1-T2)和Q的比值稱作輻射熱阻,則:

 

可見,這個輻射熱阻是跟兩個表面的溫度有關的值,即輻射換熱情況,Q和ΔT的比值不是定值。

總起來說,不是所有的散熱條件下,Q都與ΔT成正比的,需要朋友們結合具體情況加以甄別。

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