对流散热器范文（精选3篇）
对流散热器 第1篇
自然对流散热是最原始、最可靠的散热方式之一, 因为其不需额外的能源、无噪音、可靠性高, 这种散热方式总是被设计者优先采用。特别是一些安装在户外的发热类通信设备, 如直放站、干线放大器等, 为响应国家节能减排的能源方针政策, 如何将型材散热器设计得更小、更轻, 成为当今设计者迫切需要解决的问题, 对散热器的设计要求也越来越高。
型材散热器已经有相应的国家标准 (GB74232-87) , 但其中的自然对流条件下的热阻关系曲线均为实验数据整理所得, 与实际应用有一定误差。长期以来, 对于此类散热器的选型和设计大部分都是参照标准或者设计者的经验来完成, 由于散热器标准是前人的经验和实验总结[1], 对设计者而言不需要太多的专业基础就可以完成散热设计, 主要的原因还是自然对流散热器的设计计算比较复杂, 要做到满意的分析计算结果难度较大。在目前市场竞争激烈的形势下, 如果设计一个散热器按照“设计—样品—实验—优化”的方法进行, 无论是从设计周期还是设计成本, 对中小企业来说都是不允许的。最快最经济的办法就是直接采用市场上现有的型材散热器, 通过仿真、测试, 判断是否适合, 再通过软件将散热器优化, 再根据订单的多少决定是否开模。所以目前比较适合中小企业设计散热器的做法是“样品—实验—优化—设计”。近年来, 随着数值传热学的发展和热分析软件的不断完善, 使得对一些复杂几何形式和复杂换热现象的传热问题的求解变得简单方便, 而且能保证较高的计算精度, 这样就为现实设计中散热器的优化设计提供了可行的手段。
2. 物理问题及数学描述
对于发热类通信设备, 功放模块产生的热量大部分通过热传递传给型材散热器, 热量通过自然对流的形式和外界空气进行热交换, 另一部分热量则靠辐射的形式传给周围物体, 通过周围物体和外界进行交换, 其热平衡方程可用下式表达:
式中:Af i n-散热器面积;m2
hfin-散热器和空气的自然对流换热系数;W·m-2·K-1
Tfin-散热器温度;K
Tw-散热器周围物体的温度;K
Tair_ave-箱体内空气平均温度;K
Xfin-散热器对周围物体的角系数;
εf i n-散热器的发射率;
σ-斯蒂芬-玻尔兹曼常数;W·m-2·K-4
实际运用中, 式 (1) 中的散热器温度、空气温度、箱体壁温和换热系数都不是常数, 不同位置的值各不相同, 在计算时一些参数互相耦合, 特别是辐射和对流的耦合更增加了计算的难度, 在实际计算中常常是假设一些参数为常数, 再根据经验公式来进行。文献[2]给出层流时自然对流换热系数的计算式:
式中:ΔT-散热表面温度和主流空气温度差;K
L-散热表面的特征长度;m
h-自然对流换热系数;W·m-2·K-1
C-形状因子;
对于散热器而言, 式 (2) 中的特征长度L与散热器的结构形式和安装方式有关, 形状因子C要通过实验才能给出;另外, 由于散热器的不同翅片往往靠得很近, 翅片的热边界层和流动边界层常常相互干扰 (水平安装散热器的翅片间距和翅片高度之比小于0.28) [3], 这时大空间自然对流的关联式已不再适合散热器的计算。这样使得散热器换热系数的计算比较复杂, 计算过程中的一些参数难以确定。
3. 软件仿真
以空间离散法和传热基本方程为基础的计算传热学是解决复杂边界条件和复杂几何形状传热问题比较有效的手段[4], 这里采用Qfinsoft公司的热分析软件Qfin对自然对流散热器进行分析。Qfin是一个专业的、面向工程师的电子热分析软件, 该软件具有以下特点[5]:
1) .Qfin软件采用System-cfd的有限体积解算器, 此算法计算速度快, 而且容易收敛, 同时可以保证计算的高精度。因此Qfin软件只需要计算几分钟甚至几十秒便可得到正确的计算结果。
2) .Qfin软件提供了自动化的网格生成器, 其中包括结构化网格和多面体网格。
3) .求解器支持的物理模型 (考虑:稳态模型、瞬态模型, 层流模型、湍流模型, 热传导模型, 热幅射模型) 。
4) .Qfin软件优化器是基于高效的梯度优化算法, 可以同时优化包含多个设计变量和多个约束方程的优化问题。Q f i n预定义了一组优化函数, 譬如总功率, 器件的最高温度, 器件的平均温度, 器件的质量, 体积, 器件的表面积, heatsinks热阻, 压力差等等。Qfin的优化功能简单易用, 可以通过向导来定义设计变量和约束函数, 自动进行多工况的优化求解, 提交优化报告, 动态显示设计变量或函数的值及变化曲线。
大量的实际应用证明, Qfin在进行自然对流散热分析中能保证较好的精度, 且能同时优化包含多个设计变量和多个约束方程的优化问题。实际运用中, 最受设计者欢迎的是, 设定散热器最高温度、宽度, 长度和板厚, 可以对热阻、质量进行最小值优化。
4. 实例说明及讨论
4.1 实例说明
实际运用中, 我们会根据内部部件的排布选定现有型材散热器的长度和宽度, 经过Qfin仿真, 得出型材散热器的报告;然后用软件设定型材散热器的长度、宽度和最高温度不变的情况下进行优化, 得出优化报告, 然后根据定单的多少决定是否开模。下面以某型号直放站的型材散热器设计为例。
采用Qfin对散热器的计算结果如以下各图所示, 为了减小网格数量而又不失计算精度, 网格的划分式采用自动化的网格生成器。另外为了提高计算效率, Qfin采用System-cfd的有限体积解算器, 此算法计算速度快, 而且容易收敛, 同时可以保证计算的高精度。
下面是软件计算出来的报告:
保持型材散热器的长度、宽度、基板厚度和最高温升不变的情况下用Qfin对热阻和质量进行最小值优化。
下面是软件将散热器优化后的报告:
4.2 讨论
散热器优化后和优化前对比可以看出, 散热器质量减轻了, 肋片厚度减少了, 肋片高度减少了, 肋片间距减少了, 按照优化后的参数设计出来的散热器是既满足要求又最经济的。
从以上计算结果可知, 垂直安装的型材散热器, 为了最大限度地降低热阻和减少质量, Qfin能计算出散热器肋骨尺寸的最佳比例, 考虑到型材散热器制造工艺, 往往取肋骨厚度为1mm。Qfin软件对散热器的优化运用, 为缩短设计周期和降低设计成本, 可以将企业传统的散热器设计流程“设计—样品—实验—优化”更改为“样品—实验—优化—设计”。
5. 结语
在自然对流条件下, Qfin的计算结果表明:通信设备垂直安装的型材散热器肋骨厚度取1mm较佳;肋骨两侧表面增加波纹不会对自然对流的效果有太大的影响, 考虑制造成本, 建议肋骨两侧表面不增加波纹齿;散热器表面温度低于50℃时, 可忽略颜色对辐射传热的影响;采用铝材和铜材制造型材散热器, 两者之间散热性能比较接近, 但铜材散热器比铝材散热器贵好几倍。
摘要：对于发热类通信设备的散热方式, 设计者总是优先采用型材散热器自然对流的散热方式, 此类散热器的选型和设计大部分都是参照标准或者设计者的经验来完成。随着数值传热学的发展和热设计软件的不断完善, 使得利用软件对散热器进行分析和优化设计成为当今热设计人员必须具备的一项能力。利用热分析软件Qfin对散热器进行分析和优化, 计算结果表明:在自然对流条件下, 垂直放置的散热器为了最大限度地降低热阻和减少质量, Qfin能计算出散热器肋骨尺寸的最佳比例, 散热器肋骨厚度取1mm较佳;肋骨两侧表面不需增加波纹齿;散热器表面温度低于50℃时, 可忽略颜色对辐射传热的影响;采用铝材和铜材制造型材散热器, 两者之间散热性能和效果比较接近。Qfin软件对散热器的优化运用, 可以将企业传统的散热器设计流程“设计—样品—实验—优化”更改为“样品—实验—优化—设计”。
关键词：通信设备,自然对流,散热器,Qfin
参考文献
[1]谢德仁, 邱成悌, 曹建华.中华人民共和国国家标准型材散热器 (GB7423·2-87) [S].1987348
[2][美]D.S.斯坦伯格[著].傅军[译].电子设备冷却技术[M].北京:航空工业出版社.1989
[3]杨世铭.传热学[M].北京:高等教育出版社.1987
[4]陶文铨.数值传热学[M].陕西:西安交通大学出版社.1988
对流散热器 第2篇
能源在我国经济迅速发展的过程中越来越显示出它突出的重要地位, 注重能源资源节约和合理利用, 也是国家发展国力进步的一项重要政策。建筑领域的能源利用也必须按照国家的要求, 把节约能源放在十分突出的位置。“热”也是能源, 是能源 (煤、油、天然气、水力、核能等) 经过生产加工形成的供给生产使用和房屋建筑供热采暖的热能。因此, 供热采暖的用能和节能, 是采暖节能建筑不可缺少的重要组成部分。以前我国的采暖方式主要以散热器供热为主, 近几年, 随着[1]人民生活质量的提高, 地板辐射采暖已经进入千家万户, 地板辐射采暖与散热器对流供热成为普遍采用的供暖方式。下面比较一下这两种采暖方式的特点。
1 地板辐射采暖与散热器对流采暖过程的特点分析
1.1 散热器采暖与地板辐射采暖的散热机理
房间的热舒适性不仅与进入室内的热量有关, 还与散热器的形式、安装位置及散放热量中对流和辐射成分所占比例有关。散热器的散热表面及其上的热射流应起到防止过冷辐射和冷空气进入室内活动区域的作用。
1) 一般将散热器沿外墙内侧布置在窗下, 在墙内壁面附近有限区域形成的上升热气流会迎向从窗户渗入室内的下降冷空气, 并使窗表面维持一定的温度, 很好地维持了室内易受冷风渗透影响的活动区域和靠近地板区域的舒适性。但这种供暖方式往往使散热器背面的墙体被过分加热, 在墙体没有采取保温措施的情况下, 这部分热量会通过外墙白白地浪费掉, 在加装暖气罩的装饰房间, 这种情况尤其突出。另外, 热空气的上浮特性使房间温度出现“上高下低”现象, 从而在房间的顶棚处形成热空气停滞层, 造成房间上部区域过热, 实际上造成热能损失。
2) 低温热水地板辐射采暖系统是以低温热水作为热源, 利用建筑物内部地面作为辐射面进行采暖的系统, 见图1。地板、混凝土和苯板蓄热层吸收并积蓄低温热水的热量, 然后以辐射和对流的方式加热室内物体和空气, 在室内形成一个交互的辐射场, 辐射换热量占总换热量的50%以上。地板表面温度一般在24 ℃～30 ℃, 其对外热辐射线的波长λ=915 016 μm～916 923 μm, 此波属于远红外线热波, 对人体健康非常有利。
1.2 两种采暖方式对室内温度的垂直分布
由于两种采暖方式终端设备的位置分布不同, 所以室内温度分布必然有差异。表1和表2为实验测得两种采暖方式温度随高度的变化值。从表1, 表2数据中可以看出, 两种采暖方式的垂直温度分布规律基本都是上热下冷。在靠近地面3 m之内地板辐射采暖房间最大垂直温度差为1.9 ℃, 散热器采暖房间的最大垂直温度差为3 ℃, 由温度梯度公式grad
1.3 两种采暖方式对室内风速分布的影响
散热器采暖方式主要依靠自然对流方式传热, 由于热源温度较高, 因此空气流速较大;地板采暖主要依靠辐射和自然对流两种方式传热, 其热源温度较低, 且面积大, 因此空气流速小。
图2是根据实验所测值绘出的两种采暖方式下房间风速的分布曲线 (图中的风速不考虑方向) , 可以看出:地板采暖的房间室内的风速要比暖气采暖房间室内风速小得多。因为风速是影响室内扬尘的重要因素, 所以采用地板采暖的房间比较卫生。
1.4 两种采暖方式的能耗分析
在采用散热器供热的节能采暖住宅中, 散热器供热的立、支管道散热量占到整个设计热负荷的高达近30%, 如按通常设计参数供水95 ℃计算, 将带来以下后果:
1) 各层室温升高, 分别比设计值高出3.5 ℃～9.0 ℃;
2) 室温将出现竖向失调, 最大温差达5.5 ℃, 实际情况还要严重些;
3) 管道散热使系统耗热量增大, 甚至超过设计值的13%, 使节能住宅的节能率下降;
4) 如果房间越小或房间保温越好, 设计热负荷越低, 管道散热影响就越大。
而在地板辐射采暖中, 热量的传播主要以辐射形式出现, 但同时也伴随有对流形式的热传播, 人或物受辐射和对流热交换综合作用时, 人对温度有实际感觉温度, 此实感温度比室内实际温度高2 ℃～3 ℃, 即室内温度为16 ℃时, 人的实感温度为18 ℃～19 ℃, 所以在建立同样舒适的条件下, 设计室内温度时, 一般可比对流采暖方式低2 ℃～3 ℃。同时, 室内沿高度方向上的温度分布比较均匀, 温度梯度很小, 无效热损失可大大减少, 这样与对流采暖方式相比节能10%～30%。另外, 低温热水地面辐射采暖的供回水温度为50 ℃～60 ℃, 对于采用区域锅炉房集中供热或户式锅炉供热的用户, 更能节约燃料达到节能的目的。
2 结语
1) 低温地板辐射采暖系统具有舒适、卫生、节能、维护方便、寿命长、基本不占用室内使用面积等优点。
2) 地板辐射采暖有辐射强度和温度的双重作用, 与散热器对流采暖相比, 在接近地面的区域垂直温差与热流密度都比较小, 更有利于将热量有效地传给人体, 在较低的室温下可达到同样的舒适感, 减小了传热温差, 形成了真正符合人体散热要求的热状态。
3) 低温地板辐射供暖建筑节能的根本原因是消除了空气局部高温区, 避免了外围护上的附加传热量。
摘要：对散热器对流采暖与地板辐射采暖的散热机理、室内温度的垂直分布、对室内风速分布的影响以及对建筑节能的作用等进行了分析, 指出了地板辐射采暖优于传统散热器对流采暖。
关键词：散热器,建筑节能,采暖系统,地板辐射采暖
参考文献
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[5]杨进, 徐玉党.辐射采暖实现人工环境的热舒适性[J].制冷与空调, 2006 (4) :91-93.
对流散热器 第3篇
四九的北京寒气逼人, 然而, 北京民族文化宫新闻发布会会场却暖意洋洋。2009年1月15日北京恒邦凯捷散热器有限公司在北京召开了“创领行业新标准、共话采暖散热器新时代”为主题的新闻发布会。参加的嘉宾有中国建筑金属结构协会副秘书长兼采暖散热器委员会主任宋为民, 采暖散热器委员会副主任肖曰嵘教授、副主任关惠生, 中装协尹慧兰、中建材科院胡必俊等嘉宾。来自新浪网、搜房家天下网、慧聪网、网易家居频道等网络媒体以及消费日报社、现代暖通杂志、散热器直通车杂志、现代供热杂志、中国家装杂志等众多的媒体。此外还有部分原材料供应商、产品经销商的合作伙伴等企业代表60余人参加了新闻发布会。
凯捷公司总经理张福民就新品的研发作了介绍。他说, 我们历来一直致力于技术与工艺的创新, 这也是我们凯捷人脚踏实地, 锐意进取的过程。尤其在当前的环境下, 人们对生活品质的要求已经达到了一个新的高度, 时尚化、艺术化、个性化的舒适生活环境, 是越来越多人的追求。凯捷公司的研发团队正是看到了这种需求, 经过近几年技术改良与工艺创新, 于2008年初推出了一款具有划时代意义的玻璃与铜管对流结合的散热器, 并对产品形象进行了整体包装设计, 今天正式以“倾慕”命名, 为凯捷的子品牌。“倾慕”系列拥有独立的知识产权与CI识别系统, “倾慕”代表了现代家居的审美与装饰文化, 代表了人们的生活。这种理念在技术上有三大支撑:新材质, 新品质, 新工艺。箱体采用1毫米钢板制成, 坚固耐用。内部机芯大都采用冷处理加工工艺, 面板采用钢化玻璃使用更安全, 符合国家节能环保政策要求。侧面的水管接口采用六角外形, 避免在安装时内部铜管受力而被损坏。其特点:时尚美观、智能方便、节能环保、安全恒久、健康舒适、均匀呵护。
宋为民主任对凯捷公司近几年来的快速发展给予充分肯定。他指出, 进入21世纪以来, 采暖散热器行业发展突飞猛进, 取得了可喜的成绩。一批知名度高规模较大的企业已成为行业的领军企业, 目前上亿的企业已经达到了20余家。去年我们在青岛召开行业年会, 凯捷公司荣获“中国采暖散热器行业知名企业”、“5.12汶川抗震救灾做出突出贡献”两项殊荣。凯捷公司这几年在发展中不忘社会责任, 不忘回报社会, 为“希望书库基金”捐助, 资助贫困山区学校创建了多所“希望书库”, 为我们行业做出了典范。今天, 凯捷公司在现场展示的几款新型铜管对流散热器, 不仅在工艺技术上有新突破, 而且在外观上又有新的创新。2006年和2007年委员会与国际铜业协会 (中国) 共同举办了两届“铜管对流散热器外形设计大赛”, 也是想加速铜管对流散热器的发展。铜管对流散热器是建设部推广的应用技术。今年对这个产品我们也想做一些大量的宣传和推广, 希望取得方方面面朋友的支持。
肖曰嵘教授全面介绍了近几年来铜管对流散热器的发展状况。他说, 凯捷新品的研发预示着我们行业在新的一年里面, 在技术创新、开发新品, 落实节能减排、生产节能环保型散热器迈出可喜的一步。铜管对流散热器2007年已列入建设部推荐应用技术, 该产品在北美已使用50年, 工艺技术非常成熟, 其热价低符合节能减排的要求, 并将该产品的应用技术归纳了十大优点。委员会为了向社会积极宣传推广铜管对流散热器, 2008年在国内建立了首家“铜管对流散热器研发基地”。凯捷公司在新产品研发上是领先的, 是他们长期以来进行大量的市场调研和探索的结果。铜管对流散热器市场是一个亟待开发的一个市场空间, 铜管对流散热器代表着创造新需求。
凯捷公司总工程师王玉波介绍了产品研制创新的过程。他讲道, 如何摆脱大环境对整个行业的制约, 如何走出徘徊与挣扎的行业困境, 是我们散热器人的共同使命。“倾慕”系列散热器的推出首先看到的是产品的外观, 时尚美观的硬质钢化玻璃面板, 采用国际最先进的丝网印刷技术, 时尚与个性能够得以充分的展示, 又能做到暖而有型。我们在散热器的外罩与散热元件的配比进行合理的调整, 增加外罩与散热器元件配比高度差, 以及结构深度。经历了数次的推敲与模拟, 并几经试制最终敲定, 就是今天展示在诸位面前的产品。“倾慕”系列产品采用的是符合建设部所倡导的应用技术。
