【经验】设备外壳自然散热对流系数估算经验

时间： 2022-12-13 来源：世强

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散热方式一般分为被动散热与主动散热两种，其中被动散热由于无需额外散热设备，具有高可靠性，可实现最佳的一体性与防水性，是大多数低功耗设备的首选散热方式。然而，在设计被动散热设备时，由于其散热能力有限，存在极限值，需要在设计之初确定机器的散热量，本文源阳热能将介绍被动散热量初步估算经验。

散热量包括自然对流散热与辐射散热两部分，其中对流散热量难以估算，其公式如下所示：

Q_对流=h·A·△T

可以看到对流散热量取决于三个参数：对流换热系数h（W/m².k）；散热面表面积A（m²）；散热面与环境温差△T（K）。A与△T在设计时可以确认，而h在自然对流条件下所取值范围在5~15W/k·m2，取值不同所得到的结果差异巨大，所以对流换热系数的取值尤为重要。

自然对流换热系数可以按照如下公式进行估算：

h=2.51·C·(△T/L)^0.25

其中C为形状系数，△T为表面与环境温差（K）；L为特征长度（m）。以最常见的立方体外壳为例，如下图。

1、其平行于重力方向4个侧表面（面1）的C为0.56，L为其高度

2、垂直于重力的上表面（面2）的C为0.52，L为(长*宽*2)/(长+宽)；

3、垂直于重力的下表面（面3）的C为0.26，L为(长*宽*2)/(长+宽)。

根据以上信息，假设壳体为100*100*100mm，要求壳体温度在35℃环境下不超过80℃，自然对流散热量计算如下：四个侧面h=6.47W/m2.K，上表面h=6W/m2.K，下表面h=3W/m2.K，而后根据四个面分别的对流散热公式得到总对流散热量Q=15.7W，再加上辐射散热量，即可得到设备允许的最大热功耗值。

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