熱阻與溫度無關？（二）

rsjrsj 2018-03-03

熱阻與溫度無關？（二）

Johnson

上次文章《熱阻與溫度無關？》說明了，一般的自然對流、輻射換熱情況，熱阻不能看成與溫度無關的常量。那么強迫對流散熱的情況，是不是熱阻就都能近似看做常數了呢？

答案是否定的。

熱管作為一種高效的傳熱元件，應用日期廣泛。一般認為，熱管的導熱系數可以搞到10 000W/mk以上。但事實上，熱管強大的導熱能力是有條件限制的。普通吸液芯型的熱管，傳熱能力有幾大限值：粘滯限、聲速限、攜帶限、毛細限和沸騰限。用圖線表示為下圖形式，藍色陰影區域即為熱管的傳熱極限。溫度不同，熱管的最大傳熱能力也有不同。當溫度很高或很低時，熱管的傳熱能力非常差，表現為，熱管散熱器的熱阻有所升高。

因此，在熱設計網2017秋季培訓班的輔導QQ中，有學員反應，測試熱管散熱器的熱阻時發現，發熱功率比較低時，散熱器熱阻比較恒定，當發熱功率超過一定值時，熱阻忽然有一個躍升，原因就是傳熱量超過熱管的傳熱極限。

除了熱管散熱器，針對通訊類產品，風扇往往是調速的，也就是說，風量是隨溫度而變化的，折算熱阻，自然也是隨溫度而變化的。因此，Johnson建議在樣機測試時，將風扇設置為固定轉速。

既然強迫對流換熱有特例，那么自然對流是不是也有例外呢？

一般的自然對流，熱阻跟溫差有關。但是密閉腔體內的自然散熱會有例外。密閉腔體內，當Ra<1708時，浮升力無法克服粘滯力，對流無法產生，此時的自然散熱只以傳導方式進行。如下圖（a）所示。溫度變化比較小的情況，如果忽略空氣導熱系數隨溫度的變化，這個對流熱阻可以看成固定的值。值得一提的是，此刻，自然對流伴隨的輻射熱阻，依然保持著那個復雜的形式。