【正文】 此外筆者省略了熱管及層流、紊流對(duì)於熱傳上的影響及其不同，熱管是因?yàn)楣P者接觸的不多，怕產(chǎn)生誤導(dǎo)而省略，層流及紊流是因?yàn)閮?nèi)涵的數(shù)學(xué)觀念更多，講下去睡著的人可能有一大半了 。這就像是大家看到鳥(niǎo)揮動(dòng)翅膀就可飛行， 但是自己怎樣的揮動(dòng)翅膀就是飛不起來(lái)一樣。 ex：採(cǎi)風(fēng)罩設(shè)計(jì)的散熱器： 結(jié)論： 寫(xiě)了這篇，只是希望大家能得到較正確的熱傳觀念，不要被沒(méi)受過(guò)正統(tǒng)的熱流教育，滿腦子只有想像的幾位硬體文章作家所誤導(dǎo)。此外，假如鰭片上方有風(fēng)罩的設(shè)計(jì)，這對(duì)於散熱是有幫助的，氣體的流動(dòng)方向，一般而言，抽出氣體的方式會(huì)比吹入氣體的方式有著較佳的散熱效果。考慮鰭片表面的光滑性，粗操 的表面可以得到較好的效果，考慮風(fēng)扇的風(fēng)量，使用高風(fēng)量的鰭片會(huì)有著較好的散熱效果。因?yàn)槊苊苈槁榈木匦螚l狀鰭片跟放射性鰭片，甚至是圓柱型鰭片相比，流體在矩形條狀鰭片裡的流動(dòng)性實(shí)在是太差，所以只好瘋狂的增加風(fēng)量，增加面積來(lái)解決這問(wèn)題。 實(shí)戰(zhàn)篇： 在眾多的鰭片中，要如何選購(gòu)一顆可以勝 任高發(fā)熱晶片的散熱裝置呢 ?其實(shí)，這並不難，只要使用熱傳學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，好與不好幾乎一眼就可以看穿了。這代表什麼意思呢 ? 筆者想用抽風(fēng)跟吹風(fēng)的差別會(huì)比較容易瞭解他的內(nèi)涵：為了增強(qiáng)鰭片的散熱效果，建議將最低溫的流體直接流入最高溫的鰭片上。 熱傳的原罪：熱邊界層的概念： 什麼是熱邊界層 ? 簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是流體在物體表面產(chǎn)生對(duì)流效應(yīng)時(shí)，因?yàn)榱黧w的熱傳導(dǎo)係數(shù)很差，接觸物體表面的流體無(wú)法順利的將能量傳送給上層的流體，所以流體和物體表面作用出一層溫 度較其他流體高的流體，而這層流體就稱(chēng)作熱邊界層。一般說(shuō)來(lái)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，鰭片效率越差，熱傳導(dǎo)係數(shù)越高，鰭片效率越好。然而要如何考慮鰭片效率 ? 這方面的數(shù)學(xué)型式頗重，這 篇不是學(xué)術(shù)性的報(bào)告，所以筆者只指出他的相關(guān)性參數(shù)：熱對(duì)流係數(shù)、鰭片長(zhǎng)度、整體面積、熱傳導(dǎo)係數(shù)，周長(zhǎng)。 鰭片長(zhǎng)度的影響 ? 鰭片效率的概念： 鰭片是否越長(zhǎng)越好 ? 理論上是，但是必須考慮到他的效率問(wèn)題。當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)，空氣也會(huì)在葉片表面形成此現(xiàn)象，當(dāng)此現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失速的現(xiàn)象，這也就是說(shuō)風(fēng)扇再怎樣輸入能量得到更高的轉(zhuǎn)動(dòng)都不能得到更高的風(fēng)量，甚至?xí)玫椒葱Ч?。這就得考慮到另外一個(gè)觀念：邊界層分離。假如使用一個(gè)類(lèi)似漏斗的東西，將大風(fēng)扇的風(fēng)收集轉(zhuǎn)成小面積吹入鰭片裡，如此一來(lái)不但能降低噪音，也能得到足夠或是更高的風(fēng)量，而這就是大轉(zhuǎn)小風(fēng)罩的原理：因?yàn)榱髁渴歉娣e和速度成正比。大家想想，電風(fēng)扇的風(fēng)量夠大吧 ? 那種掛在天花板的大風(fēng)機(jī)風(fēng)量也很足夠，但是轉(zhuǎn)速就是很慢。一般廠商都是直接增加 Reynolds number 來(lái)改善熱傳，因?yàn)檫@最簡(jiǎn)單，最不需要花時(shí)間設(shè)計(jì)鰭片。歸納這些考慮因素，可以得到一個(gè)無(wú)因次化 [就是把所有的質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間等因次項(xiàng)給消掉的純量值 ]參數(shù)： Reynolds number(Re)。 如果，能以其他比空氣黏滯性係數(shù)還低的氣體來(lái)當(dāng)作進(jìn)氣，那麼就能以較低的風(fēng)速得到一個(gè)一樣的散熱結(jié)果。不過(guò)這種終極的速度已經(jīng)在音速以上了 [以空氣而言，其他流體不一定 ]。為什麼 ? 大家想想太空梭的隔熱磚就知道了。因?yàn)轱L(fēng)速越高，熱對(duì)流效應(yīng)越強(qiáng)烈。 高頻噪音：風(fēng)速對(duì)熱傳的影響 筆者認(rèn)為大部分的人都知道風(fēng)速越大，熱傳效果越好。 除了銅底，也有人使用銅柱﹙ ex：下圖的 ARKUA 7528﹚，當(dāng)然這也是相同的原理。因此使用銅片來(lái)解決這溫度梯度的不均勻問(wèn)題。這是因?yàn)殇X本身的熱傳導(dǎo)係數(shù)不是無(wú)限大，所以在鋁鰭片裡面會(huì)有溫度梯度的存在：中心溫度較高，四周溫度較低。 但這邊卻有一特殊的應(yīng)用：銅底。這些都是為了讓熱阻降低，增加晶片跟鰭片之間的熱傳。因此就有人在晶片跟鰭片之間塗抹散熱膏來(lái)填補(bǔ)晶片跟鰭片之間的空隙，降低熱阻。壓力越大熱阻越小?？劬卟恢皇菍Ⅵ捚潭ㄔ诰厦?，他的作用也是降低熱阻。當(dāng)然也可以把這鐵塊換成寶麗龍，或是空氣，這當(dāng)機(jī)的速度就會(huì)越明顯。雖然鐵塊內(nèi)部可以容納頗多的能量，但是上層的散熱鰭片不能得到較高的溫度梯度，使得熱逸散的 能力近乎沒(méi)有，而底部的晶片一直在傳送能量給鐵塊，導(dǎo)致兩端的溫差越來(lái)越大，終於突破晶片可以忍受的最高溫度而導(dǎo)致當(dāng)機(jī)。如此一開(kāi)機(jī)，筆者幾乎可以保證，不需要太久就會(huì)當(dāng)機(jī)了。其實(shí)這是因?yàn)楝F(xiàn)階段鰭片使用的金屬的熱傳導(dǎo)係數(shù)較高 (鋁、銅 )，外加厚度不明顯，所以影響不容易看出來(lái)。 圓柱型鰭片： Swiftech MC462 長(zhǎng)條型鰭片： 流體在鰭片周?chē)牧鲃?dòng)性對(duì)於散熱可以說(shuō)是有著很大的影響，越好流動(dòng)的鰭片設(shè)計(jì)越能得到較高的熱傳能力 [相同面積 ]，這也就代表著鰭片的排列方式，外型對(duì)於熱傳有著頗大的差異性。在圓柱型鰭片周?chē)?，因?yàn)榱黧w的阻力較小，流體容易流動(dòng)，也因此容易帶走在圓柱的能量，加強(qiáng)了對(duì)流的效果，因此在相同面積的散熱鰭片裡，圓柱型鰭片都會(huì)比長(zhǎng)條型鰭片有著更好的熱傳效果。 長(zhǎng)條型鰭片和圓柱型鰭片： 在散熱器本身的熱傳裡，有這一個(gè)相當(dāng)重要的因素：流體流動(dòng)。 由最基本的能量守恆觀念來(lái)看，一個(gè)系統(tǒng)如果吸熱快散熱慢，這表示在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入此系統(tǒng)的熱能一直大於離開(kāi)此系統(tǒng)的熱能，此系統(tǒng)內(nèi)的熱能將不斷的增加，系統(tǒng)溫度就會(huì)上升 ，如果吸熱快散熱慢是這個(gè)系統(tǒng)的特性的話， 這個(gè)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)溫度不斷上升，直到整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法負(fù)荷更多熱能而整個(gè)燒毀的狀況。?？吹侥承┯搀w測(cè)試文章的作者，在文章中提到：「某材料吸熱快散熱慢，所以如何如何」，筆者看到 吸熱快散熱慢 這六個(gè)字實(shí)在大惑不解，翻遍了手上有的 Heat Transfer 書(shū)籍，甚至是 Journal of Heat Transfer、 Journal of Heat and Mass Transfer 等期刊也沒(méi)有看過(guò)類(lèi)似的理論。 比熱的定義為 ：?jiǎn)挝毁|(zhì)量下需要輸入多少能量才能使溫度上升一度 K ( )， 而熱傳導(dǎo)係數(shù)的定義為 ：每單位長(zhǎng)度、每度 K， 可以傳送多少瓦數(shù)的能量 ( )。因?yàn)槟芰渴怯闪黧w靠著對(duì)流的現(xiàn)象 [無(wú)論是強(qiáng)制對(duì)流或是自然對(duì)流 ]，把晶片產(chǎn)生的能量給帶走。因此在散熱鰭片裡，最重要的兩個(gè)熱傳機(jī)制就是熱傳導(dǎo)及熱對(duì)流。 理論基礎(chǔ)： 所有物體的熱傳可以分成三種：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射。 [風(fēng)冷散熱器的熱計(jì)算 ] 計(jì)算公式 說(shuō)明 Q1：傳熱量 K：傳熱系數(shù) △ T1：平均傳熱溫差 Q2：散熱量（單位： W） G：散熱氣流量（單位： kg/s ） Cp：比定壓熱容（單位： kJ/kg 熱源（ CPU 或其它部件）將熱量以熱傳導(dǎo)方式傳至導(dǎo)熱介質(zhì)，再由導(dǎo)熱介質(zhì)傳至散熱片基部，由基部將熱量傳至 散熱片肋片并通過(guò)風(fēng)扇與空氣分子進(jìn)行 受迫對(duì)流，將熱量散發(fā)到空氣中。 (1) 影響風(fēng)冷散熱器散熱效果的五大要素 A．散熱風(fēng)扇 B．散熱片 C．導(dǎo)熱介質(zhì) D．扣具 E．環(huán)境（溫度） (2) 影響風(fēng)扇性能的確定項(xiàng)目 A．風(fēng)量 B．風(fēng)壓 C．轉(zhuǎn)速 (3) 影響散熱片性能的確定項(xiàng)目 A． 導(dǎo)熱系數(shù) B． 受風(fēng)面積 (4) 影響導(dǎo) 熱介質(zhì)性能的確定項(xiàng)目 A． 導(dǎo)熱系數(shù) B． 熱阻 C． 填充能力 (5) 影響扣具性能的確定項(xiàng)目 A． 應(yīng)力分布與大小 B． 重心位置 (6) 風(fēng)冷散熱原理 從熱力學(xué)的角度來(lái)看，物體的吸熱、放熱是相對(duì)的，凡是有溫度差存在時(shí)，就必然發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處 ，這是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種現(xiàn)象。溫度差 距（ T1T2）是造成熱對(duì)流的因素，另外它也會(huì)大大的被材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)（ gamma）以及散熱表面積所影響。 Gamma 代表的是熱傳導(dǎo)系數(shù)。因此，凡是影響汽泡生成強(qiáng)度的因素，均能 影響沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 3． 液體沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 理想中的散熱 這是各材料間熱傳導(dǎo)能力的比較圖表 設(shè)計(jì)散熱器的基本概念，可以精簡(jiǎn)成一個(gè)數(shù)學(xué)方程式，它代表了排除外界因素后，兩個(gè)導(dǎo)體間的熱能對(duì)流： Iw = ??x (T1T2) x (I/A) 我們一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單說(shuō)明吧： Iw 代表兩個(gè)不同物體（材料）間，若有溫度上的差異（ T1 與 T2）存在時(shí)的熱能對(duì)流量。 2． 影響沸騰傳熱的因素 液體沸騰傳熱的上述各階段中，泡核沸騰在工業(yè)上具有重要的意義。 （二） 液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱 液體沸騰的主要特征是汽泡的形成及其運(yùn)動(dòng)。 （一） 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱 1． 蒸汽冷凝方式 蒸汽與低于其飽和溫度的壁面相接觸，即冷凝成液體附著于壁面上，并放出冷凝潛熱。 二流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式 （一） 流體在管內(nèi)強(qiáng) 制 （二） 流體在管外強(qiáng)制對(duì)流 （三） 自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 三流體有相變時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式 沸騰和冷凝時(shí)的傳熱發(fā)生有相變的傳熱。定性尺寸一般也是選取對(duì)流體流動(dòng)和傳熱有決定影響的固體表面尺寸。 定性尺寸。 此溫度稱(chēng)為定性溫度。 定性溫度。它們的物理意義如下： 1．努塞爾數(shù)，或稱(chēng)傳熱數(shù)，符號(hào)為，即： 2．雷諾數(shù)，或稱(chēng)流動(dòng)數(shù)，即： 3．普朗特?cái)?shù)，或稱(chēng)物性數(shù)，即： 4．格拉曉夫數(shù)，即： 在采用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)，必須注意： 應(yīng)用范圍。它是通 過(guò)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)后，再經(jīng)理論分析整理而成的。 （二）量綱分析法 綜上所述，影響對(duì)流傳熱的因素很多。流體的物理性質(zhì)不同 ，流體和壁面間的對(duì)流傳熱也不同。 強(qiáng)制對(duì)流是由于如泵攪拌器等外力的作用迫使流體流動(dòng)，通常強(qiáng)制對(duì)流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比自然對(duì) 流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大得多。 2． 流體的流動(dòng)狀態(tài) 流體擾動(dòng)程度愈高，層流內(nèi)層的厚度愈薄，對(duì)流傳熱系數(shù)也就愈大。牛頓型流體和非牛頓型流體也是這樣。 因此，對(duì)對(duì)流傳熱珠形容便轉(zhuǎn)化為對(duì)各種具體情況的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的研究。加大流速，提高湍動(dòng)程度，減小 層流內(nèi)層厚度，均有利于提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。有時(shí)，防止污垢形成或經(jīng)常清除垢層成為很重要的強(qiáng)化措施。 3． 減小傳熱阻 根據(jù)熱阻的分析，一般金屬間壁的導(dǎo)熱熱阻是較小的，所以強(qiáng)化措施通常不放在此點(diǎn)上。理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法， 但往往受客觀條件和工藝條件的限制。要看傳熱量的增加數(shù) 值能補(bǔ)償費(fèi)用 上的增加。 對(duì)于錯(cuò)流和折流，其平均傳熱溫差可用下法求?。? 首先將冷熱液體的進(jìn)出口溫度假定為逆流操作下的溫度，求取其對(duì)數(shù)平均溫差，然后乘以修正系 數(shù)，即得平均溫度差： 四．傳熱的強(qiáng)化 強(qiáng)化傳熱的目的是以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。一種是兩液體的流動(dòng)不是平 行而是正交的，這種流 動(dòng)方式稱(chēng)為錯(cuò)流。至于順流操作，它主要用于加熱時(shí)必 須避免溫度高于某一限定溫度，或冷卻時(shí)必須避免溫度低于某一限度的場(chǎng)合。若熱冷流體消耗量相同，由于逆流的對(duì)數(shù)平均溫差大于順流，故所需的 傳熱面積必小于順流。冷卻時(shí)的情況相似，冷流體消耗量有 可能小于順流者。 對(duì)一側(cè)變溫或兩側(cè)變溫的情形，設(shè)冷，熱兩流體的比熱容為常數(shù)，總傳熱系數(shù)為常數(shù)，熱損失可 忽略，則在穩(wěn)定傳熱時(shí)可用下列方法計(jì)算平均溫度差。當(dāng)兩側(cè)均為變溫時(shí)，兩流體又有順流和逆流之分。局部溫度差也是沿傳熱面而變化的。 １．焓差法 Q=qm,h(Hh1Hh2)= qm,c(Hc2Hc1) 式中 qm質(zhì)量流量， kg/s H單位質(zhì)量流體的焓， J/kg ２．顯熱法 ３．潛熱法 二、總傳熱速率方程 （一）總傳熱速率方程 如前所述，兩流體通過(guò)管壁的傳熱包括以下過(guò)程： １．熱流體在流動(dòng)過(guò)程中把熱量傳給管壁； ２．通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)； ３．熱量由管壁另一側(cè)傳給冷流體。二者均以換熱器的 熱 量衡算和傳熱速率方程為計(jì)算的基礎(chǔ)。我們主要討論穩(wěn)定過(guò)程。在絕大多數(shù)情況下，