【经验】热管理解决方案中利用热对流时自然对流与强制对流的差异分析总结

时间： 2019-11-25 来源：爱美达

技术问答

在大多数热管理解决方案中，爱美达（Aavid）使用热对流作为从敏感组件和设备中散热的手段。在极少数情况下，爱美达不使用对流，这是因为几乎没有流体可以使用。像在航空航天工业中的特定应用一样，因为没有流体所以无法利用热对流。

在行业中，您可能已经听说过“强制对流”和“自然对流”这两个术语。尽管两者之间听上去似乎没什么区别，但它对您的热管理解决方案的设计有很大影响。因此，让我们看一下自然对流与强制对流之间的差异。

对流：两个过程的故事

我们在热管理中提到的对流过程实际上是两个过程的组合。从技术上讲，第一个过程是传导，在该过程中，来自散热器表面的热量会传递到与该表面接触的任何流体。第二个过程被认为是对流，这是由设备加热远离热源的大量流体。我们做的不是将两者分别提及，而是将它们统一为一个术语：对流。

当我们试图改善解决方案的热性能时，了解对流的两个部分非常重要。当我们理解对流的各个部分时，我们更有能力分解和改进每个对流部分，以改善整体的热传递。

自然对流与强制对流

我们将对流类型分为自然对流或强迫对流。我们之所以指定这个名称，是因为每个名称对于整个应用程序和产品都有其自身的含义。这些不同类型的流程具有不同的设计约束和需要单独解决的问题。

自然对流

自然对流是指自然浮力驱动对流。您可能已经听过描述自然对流的术语“泡沫”或“烟囱效应”。本质上，当热源和散热器内部或附近的流体温度高于环境温度时，其压力较小。在地球上，我们有重力，因此压力越小意味着浮力越大。该压力差使较热的空气向上移动，远离重力源。然后周围较冷的流体充满了热空气所离开的地方，从而产生了向内然后向上的流动。

自然热对流设计注意事项

自然热对流解决方案的超高可靠性

在可靠性至关重要的应用中，自然对流是热管理解决方案中的首选流动类型。通过依靠自然力使流体运动，不需要风扇或泵等关键组件。这些组件经过严格的工程设计和测试，但随着时间的流逝仍会磨损。只要您有摩擦部件，例如风扇或泵中的电动机，您就会考虑流体推动器的可靠性。

自然对流的流体选择

与液体冷却系统相比，自然对流在空气冷却应用中简单且广泛。因为液体冷却系统需要容纳液体，将系统浸没。由于大多数电子设备不能很好地容纳液体，因为必须规划和容纳液体的整个路线，这意味着需要更多的工程时间，尤其是在产品开发的设计和验证部分。另一方面，我们被空气所包围，空气从系统中的任何运动都会迅速被其他环境空气所代替。

自然热对流中翅片间距

当您谈论自然对流散热器与强制对流散热器时，您会发现散热器的整体结构有所不同。无论流体如何，我们都希望优化散热器，以最大化“烟囱效应”。这意味着散热器散热片之间有足够的空间来使它们“呼吸”。您需要有足够的空间来加热间隙两侧的边界层内的散热片，并在中间留出一些额外的空间以使空气向上流动。您会在左侧下方的热轮廓上看到较宽松的散热片间距，与右侧的散热器相比，较冷的空气沿散热片间隙向上延伸的距离更大。这就是为什么您会注意到某些散热器的翅片间隙比其他散热器大得多的原因。翅片间隙约为1/4或更大的翅片通常设计用于自然对流。

强制对流

当除了自然浮力以外的机制产生这种类似对流时，我们称其为强制对流。在这些情况下，我们通常使用风扇或泵之类的东西来驱动流体流动。强制对流还可能由诸如SynJets^®，在皮肤上吹凉或手掌挥舞的动作等产生。关键是除了物理驱动流动之外，还有某种机制，这种情况被认为是强制对流。

强制对流的设计意义

赶走热力!

强制对流与自然对流对比的最大优点是传热量增加。通过能够在同一时间段内在系统中移动更多的流体，可以将流体吸收的更多热量从热源驱散。这样可以避免热量残留和积聚，以进行良好的热量管理。

强制对流的可靠性

不幸的是，让一些力通过你的系统的缺点是它可能会失效。我们的泵和风扇的摩擦部分会磨损，轻微的烧伤患者会因为吹气而头晕，或者员工们会去吃饭或睡觉。这些事情不可能永远持续下去。这就是设计工程师需要考虑的地方--他们的组件的可靠性，并确保最终产品的足以更换损坏的零件，或零件能够比预期寿命的最终产品寿命更长。对于维持生命或安全的关键设备尤其如此。

活动部件和噪音

由于强制对流需要运动的零件以使流体更快地流动，因此它也会产生声音。与自然对流相比，风扇或泵电机产生更多的噪声。对于某些应用程序，这可能是一个真正的缺点。我的意思是，当一个粉丝进入沉浸状态并开始大声哼唱时，它的嗡嗡声真的会让你从沉浸式的电子游戏或电影体验中脱离出来。但你仍然需要风扇，因为你想顺畅的玩游戏和看电影。

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全部评论（1）

用户_0849 Lv5 2020-03-18

请问，文中“自然热对流中翅片间距”段落中，这个数据“翅片间隙1/4”的单位是什么尼？

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