3.2 辐射率数据
普朗特定律揭示了黑体辐射光谱的变化规律。尽管现实中的物体与黑体总有差异存在,但普朗特定律对于证实最大辐射力波长是一个很好的指导。对于典型的电子器件领域最大辐射力波长大约为8的红外波。太阳的最大发射率光谱大约在0.4-0.5(400-500nm)。
左图:对于温度80℃时候的黑体普朗特定律曲线, 右图:真实物体的发射力
真实物体的发射力总是低于普朗特曲线。如果采用缩小比例的普朗特曲线()去拟合真实物体的发射力,这个称为表面发射率。单色发射率不随波长变化的物体称为灰体。前述提及的拟合可以分为两个光谱区域,红外区域和可见光区域。
注意:对Flotherm材料库中的抛光铜和铝不要使用表面发射率。工业表面很少抛光,但也很少进行阳极氧化。特别是对于铜而言,其氧化层的厚度往往确定了其发射率。铜上附有8的氧化层可以将发射率提高到0.8,而且这几乎是线性增加的(也就是说4时候)。
表格:罗列了表面特性(来自Flotherm3.2 手册)
更多发射率数据表格:
www.transmetra.ch -> Service/Download (in german)
www.omega.com/temperature/Z/pdf/z088-089.pdf (Table of total emissivity) (also for ref. http://www.omega.ca/pdf/temperature/Z/zsection.asp )
www.electro-optical.com -> Education/Ref -> Emissivity
www.coleparmer.com -> technical library –>Reference Sites
3.3 物体辐射
3.3.1 物体和遮挡物体
重要:通过辐射方式散失热量的物体(块、散热器、机箱)必须有一个辐射特性。否则这个物体就无法和环境或其它物体进行辐射换热。如果一个非辐射物体被一个外部辐射物体照射,则这个非辐射物体起到的作用是反射。
Single radiation时遮挡情况的典型例子:考虑优先级
Reference.
Single radiation. P=10 W. e=1.0
Tmax=176 °C
两个物体材料、辐射率、并且辐射特性为“single”. 仅仅外部cuboid 有热功耗。 在Project Manager中的顺序为: 外部 cuboid / 内部 cuboid.
176 °C -> 不会计算两次表面辐射
如上, 但Project Manager中的顺序为: 内部 cuboid / 外部cuboid.
两个cuboids 有相同的材料, 但内部 cuboid 没有辐射特性。在Project Manager中的顺序为: 外部 cuboid /内部cuboid.
350 °C -> 采用后一个面的特性.
如上,但 Project Manager中的顺序为: 内部 cuboid / 外部cuboid.
176 °C. 后一个(外部)cuboid 的面特性被采用
两个cuboids 有相同的热导率。内部 cuboid e=0.1, 外部cuboid e=1.0. 在Project Manager中的顺序: 外部cuboid / 内部 cuboid.
288 °C ->后一个(内部) cuboid 的面特性被采用
如上, 但在Project Manager中的顺序: 内部cuboid / 外部cuboid.
176 °C ->后(外部) cuboid 的面特性被采用
Subdivided radiation的典型情况
两个cuboids 有相同的热导率.内部 cuboid e=0.1, 外部cuboid e=1.0. 在Project Manager中的顺序: 外部cuboid / 内部 cuboid. 均为 Single radiation.
174 °C
如上.外部 cuboid 在其顶面上进行 subdivision, 以便内部Cuboid的外围进行很好的求解
175 °C. -> 与single radiation时候的结果进行比较, 这就意味着在single radiation 方法上施加了更多的光子数(用于计算角系数).
如上.两个物体在顶面上都有subdivision.
175 °C.
3.3.2 打孔板和阻尼辐射
1. 斜板有对辐射透明的选项。然而对于压缩斜板总是对辐射透明的。
2. 打孔板对于辐射也是透明的。不能采用辐射特性。(因为打孔板只是一个自动计算阻力系数的简化平面元件)
3. 体积阻尼可以选择完全的阻挡辐射或透明。然而阻挡辐射的话不会加热阻尼,而是进行反射。简化的散热器(Compact heat)产生了一个体积阻尼,它对于辐射是透明的,所以不能阻挡辐射。
3.3.3 辐射和绝热面
注意:某些Warning和手册指导可能是错误的。如果在某个方向的上下两个面上是绝热的,在两个面垂直方向辐射热交换还是存在的。似乎感觉这个辐射热交换给限制了。
3.4 耦合热交换
在某些时候三种传热方式会同时发生。我们称之为“耦合热交换”。现在我们对一块处于自然对流的欧洲标准平板进行最大温度的仿真。环境温度为35℃,发射率,我们可以得到如下的数据。自然对流和辐射散失的热量几乎相等。
可以通过Nusselt-Grashof和辐射公式快速的计算平板温度:
我们可以在方程两边同除,从而获取一个新的变量。令人惊讶的是计算所得在对数坐标中几乎是一条直线。对于℃和可以有一个很好的拟合。
实例:,.,其中,℃。
在自然对流考虑辐射、环境温度的情况下平板的温度曲线。这个例子对于热功耗10W的欧洲标准板子有效。上图中的放大图可以用于计算具体的热流。