【文章內(nèi)容簡介】 d 發(fā)熱器件的當量直徑（ m) 46 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 對流換熱系數(shù)的計算 自然對流 垂直表面 hcs=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取散熱表面的高， m 水平表面，熱表面朝上 hct=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取 L＝ 2(長 寬 )/(長＋寬 )， m 水平表面，熱表面朝下 hcb=(△ t/L) ， w/ 式中 : △ t散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升， ℃ L散熱表面的特征尺寸，取 L＝ 2(長 寬 )/(長＋寬 )， m 47 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 對流換熱系數(shù)的計算 強迫對流 層流 Ref105 hc＝ () λ 空氣 湍流 Ref105 hc＝ () λ 空氣 ? 肋片效率 對直齒肋： η =th(mb)/(mb)) m=(2 hc/λδ0) δ 0： 肋片根部厚度 (m) b. 肋高 (m) 48 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 散熱器的流阻計算 散熱器的流阻包括沿程阻力損失及局部阻力損失 △ P＝ hf+hj =λ fL/deρ V22/2+ζρV22/2 λ f 沿程阻力系數(shù) L流向長度 (m) de當量水利直徑 (m)， de=4A流通 /濕周長 V斷面流速 (m/s) 沿程阻力系數(shù)計算 λ f 層流區(qū)： Re=Vd/υ ≤ 2300 λ f=64/Re 紊統(tǒng)光滑區(qū) 4000Re105 λ f= υ 運動粘度系數(shù) （ m2/s） ， 從文獻中查找 49 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 散熱器的流阻計算 局面阻力系數(shù) ζ 突然擴大 按小面積流速計算的局部阻力系數(shù)： ζ 1＝ (1A1A2) 按大面積流速計算的局部阻力系數(shù)： ζ 2＝ (1A2/A1) 突然縮小 可從相關的資料中查閱經(jīng)驗值 。 50 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 【 案例 】 散熱器 DXC616(天津鋁合金廠編號 )，截面圖略，散熱器的截面積為 ，周長為 ，單位長度的重量為 21KG/m。風扇采用PAPST 4656Z ，風扇功率 19W，最大風量為 160m3/h，壓頭為 70Pa. 風道阻力曲線的計算 入口面積： Fin= D2 = = 流通面積： Ff=FinFc== 103m2 水力直徑： de＝ 4Ff/x=4 103/= 103m 由于風速較低，一般最大不會超過 6m/s，雷諾數(shù) 2300，沿程阻力系數(shù)按下式計算： λ =64/Re＝ 64 ν /Vde 沿程阻力按下式計算： hf=λ (L/de)(ρ V2/2)=(64 ν /Vde)(L/de)(ρ V2/2) =(64 106 (V ))(ρ V2/2) =()(ρ V2/2) 局部阻力按下式計算： hj＝ ξρV2/2 對于突然縮小， A2/A1=，查表得 ξ ＝ 總阻力損失 H=hf+ hj=(+)(ρ V2/2) 51 熱設計的計算方法 ?型材散熱器的計算 ? 【 案例 】 續(xù) 確定風扇的工作點 10KVA UPS 的選擇風扇為 PAPST 4656Z，我們把風道曲線與風扇的曲線進行疊加，其交點即為風扇的工作點，給工作點對應的風速為 5m/s，壓力為 35Pa. 散熱器的校核計算 雷諾數(shù) Ref=V L/ν =5 106= 104 努謝爾特數(shù)： Nuf==( 104)=157 對流換熱系數(shù)： hc= Nuf/L= m=(2 hc/λδ)= ml= =，查得： η ＝ 該散熱器的最大散熱量為（散熱器臺面溫升按最大40℃ 考慮 )： Q＝ hcF△ t η = 計算結果表面，散熱器及風扇選型是合理的。 52 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 傳熱計算 確定空氣流過冷板后的溫升 ： t=Q/qmCp 確定定性溫度 tf=(2ts+t1+t2)/4， 冷板臺面溫度 ts為假定值 設 定冷板的寬度為 b， 則通道的橫截面積為 Ac ， Ac=b Ac0 確定定性溫度下的物性參數(shù) (μ 、 Cp、 ρ 、 Pr)。 流體的質(zhì)量流速和雷諾數(shù) G=qm/Af Re=deG/μ 根據(jù)雷諾數(shù)確定流體的狀態(tài) (層流或紊流 )， Re1800, 層流 ， Re105, 湍流 根據(jù)流體的狀態(tài) (層流或紊流 )計算考爾本數(shù) J Re1800,層流 J=6/Re Re105,湍流 J= 也可以根據(jù)齒形及雷諾數(shù)從 GJB/Z 2792 圖 12－ 18查得 53 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 傳熱計算 計算冷板的換熱系數(shù) ： h= JGCpPr2/3 計算肋片的效率 m=(2h/λδ)， η f=th(ml)/ml（ 也可以根據(jù) ml值查相應的圖表得到肋片效率 ) 計 算冷板的總效率 ：忽略蓋板及底版的效率，總效率為： A＝ At+Ar＋ Ab， η 0＝ 1－ Ar(1η f)/A 計算傳熱單元數(shù) NTU＝ hη 0A/qmCp 計算冷板散熱器的臺面溫度 ts=(eNTUt2t1)/(eNTU1) 54 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 流體流動阻力計算 計算流通面積與冷板橫截面積之比 ζ =Af/Ac 查空氣進入冷板時入口的損失系數(shù) Kc=f(Re,ζ )： 根據(jù)雷諾數(shù) Re及 ζ 從GJB/Z 2792 圖 12－ 16及圖 12－ 16查得 查摩擦系數(shù) f=f(Re,ζ )： 根據(jù)雷諾數(shù) Re從 GJB/Z 2792 圖 12－ 18查得 計算流動阻力 △ P＝ G2[(Kc+1ζ 2)+2(ρ 2/ρ 11)+f ρ 1A/(Afρ m)(1ζ 2Ke)ρ 1/ρ 2]/(2ρ 1) 55 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 判斷準則 確定是否滿足 ts[ts]，如果不滿足，需增大換熱面積或增大空氣流量。 確定是否滿足△ P[△ P]，如果不滿足，需減小冷板的阻力 (如選擇阻力較小的齒形、增大齒解決等 )或重新選擇壓頭較大的風扇 56 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 案例： 10KVA UPS 冷板散熱器，器件的損耗為 ，要求冷板散熱器臺面溫升小于 30℃ (在 40℃ 的環(huán)境溫度下 )。 冷板散熱器的截面圖略 梯形小通道面積： Ai=(+) 每排有 29個梯形小通道，共 22排， n=29 22=638個 基板厚度為： 9mm 總的流通面積 Af = 29 22= m2 冷板的橫截面積 Ac=120 120 2= m2 水力半徑： de=4Afi/х =4 (2 ++)= 57 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 確定風扇的工作點 Re=de G/μ =deqm/μ Af 在 40℃ 空氣的物性參數(shù)為： μ ＝ 106kg/, ρ １ ＝ Re=( 103 qm1/(60 106 ) = qm1(qm1的單位為： CFM) ζ =Af/Ac=58 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 先忽略空氣密度的變化 ,不同流量的流阻計算如下表所示 : 我們把兩個 NMB4715的風扇流量相加，靜壓不變，得出兩個風扇并聯(lián)后的靜壓曲線，再把上表的數(shù)據(jù)繪制成風道曲線并與風扇靜壓曲線進行畫在同一張圖上，其交點即為風扇的工作點，即為 (170CFM， )，工作點對應的風速為 。 42. 32915. 15. 18△ P ( P a )2. 593. 273. 945. 63f A / A f 0. 4 0. 4 0. 4 0. 41 ζ2K e1. 021. 021. 021. 02K c + 1 ζ25. 574. 182. 791. 39質(zhì)量流速 G ( kg/ s )1, 366. 21,. 1341. 54雷諾數(shù) R e2022501005059 熱設計的計算方法 ?冷板的計算方法 ? 【 案例 】 續(xù) 空氣流過冷板后的溫升 空氣口溫度為 40 ℃ ， ρ １ ＝ ， Cp=℃ μ = 106kg/， Pr= 質(zhì)量流量 qm= = △ t= Q/qmCp= = ℃ 定性溫度： tf=(2ts+t1+t2)= (2 80+40+)/4= ℃ 按定性溫度查物性得： ρ １ ＝ ， Cp=℃ μ = 106kg/， Pr= 換熱系數(shù) 質(zhì)量流速 G=qm/Af = = 雷諾數(shù) Re=deG/μ = 103 ( 106)= 層流 J=6/Re =6/= 103 h= JGCpPr2/3= 103 ℃ 肋片效率 m=(2h/λδ)=(2 (180 ))= ml= = η f=th(ml)/ml=th()/= 傳熱單元數(shù) ： NTU＝ hη 0A/qmCp= = 冷板的表面溫度 ： Ts=(eNTUt2t1)/(eNTU1)= ℃ 70℃ 冷板設計方案滿足散熱要求。 60 風扇的基本定律及噪音的評估方法 ?風扇定律 Basic (corrected) fan laws When fan speed changes