首页 百科知识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

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·ATf-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=cGrlPrn (5-21)

式中 Grl——格拉晓夫;

Pr——普朗特数,表示气体的材料特性;

cn——常数,其中

式中 η——空气的运动粘度;

cp——空气定压比热;

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

978-7-111-58417-9-Chapter05-22.jpg-——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cn和长度l的选择。

5-3 公式中长度cn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