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2025-09-29
散热系数的计算方法和影响因素：Nul数、导热系数和表面长度
【摘要】：在自由对流条件，对流散热系数可按式计算式中 Nul——努基尔数；λ——空气的导热系数；l——空气流过表面的长度。表5-3 公式中长度c、n和长度l的选择对流散热系数α是温度的函数，它随温度而变化。在热分析时，为了与对流散热的形式一致，将辐射散热通过表面散热系数简化为公式所示。因此，外表面的散热系数为α=αcon+αrad
进行低压断路器热分析时，往往把断路器外壳的表面作为边界条件，而断路器内部发热通过外壳表面把热量散发至周围空间，散热方式是通过对流和辐射。
对流散热可用式（5-19）表示
q=α·A（Tf-T0） （5-19）
式中 q——热流量（W）；
α——对流散热系数（W·m-2·K-1）；
A——对流散热表面积（m2）；
T0——周围环境温度（K）；
Tf——散热表面温度（K）。
在自由对流条件，对流散热系数可按式（5-20）计算
式中 Nul——努基尔数；
λ——空气的导热系数；
l——空气流过表面的长度。
努基尔数定义为
Nul=c（GrlPr）n （5-21）
式中 Grl——格拉晓夫；
Pr——普朗特数，表示气体的材料特性；
c、n——常数，其中
式中 η——空气的运动粘度；
cp——空气定压比热；(https://www.chuimin.cn)
λ——空气导热系数，
Grl可用下式表示：
式中 g——重力加速度，g=9.81m·s-2；
-——体积膨胀系数；
ΔT——散热表面与环境温差；
γ——空气的运动粘度。
表5-3列出了常数c、n和长度l的选择。
表5-3 公式中长度c、n和长度l的选择
对流散热系数α是温度的函数，它随温度而变化。
根据Stefan-Boltzmann定律，物体的辐射散热为
qi=σεi·Fij·Ai·（T4f-T40） （5-24）
式中 Fij——形状系数，在计算外壳和导线外表面辐射散热时，取Fij=1；
εi——发射率；
σ——Stefan-Boltzmann常数（W·m-2·K-4），σ=5.67×10-8W·m-2·K-4；
Ai——辐射散热面积（m2）。
在热分析时，为了与对流散热的形式一致，将辐射散热通过表面散热系数简化为公式（5-25）所示。
因此，外表面的散热系数为α=αcon+αrad
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