辐射传热的强化及热辐射涂料 热辐射传热计算公式

辐射传热的强化及热辐射涂料

1. 辐射传热的强化

对于自然对流冷却的电子产品,辐射传热量占电子产品发热量的一定比例,强化辐射传热能对改善产品散热有一定的作用。

强化辐射传热有两条途径,一是增大有效热辐射面积,一是提高的表面热辐射率。由于前者受结构设计的制约(结构设计首先要满足产品功能及对流传热的要求),所以后面一种方法更为常用。

提高物体表面热辐射率的方法主要有铝表面阳极氧化、喷漆以及喷涂辐射散热涂料(因为一般油漆的表面热辐射率已经接近1,所以单从强化热辐射的角度,热辐射涂料不会比油漆的散热效果好很多)等。

通过提高表面的热辐射率来改善热辐射须考虑以下几个因素:

(1)热源表面的温度:如表1所示,热源表面温度越高,提高表面热辐射率降低温度的幅值越大;

表1 北京志盛威华科技:ZS-411辐射散热涂料降温幅值表(常温测试)

热源表面温度(℃)

40

60

80

100

200

300

400

降温幅值(℃)

6

15

23

30

50

70

85

(2)热源表面的状况:热源表面的热辐射率都在1.0以内,其数值越小,提高表面热辐射率后降温越明显;

(3)热源表面的结构:热源表面是凸表面(图1a),提高表面辐射率降温效果比较明显;热源表面是凹表面(如图1b所示,带有翅片的散热器都可以看作是凹表面),提高表面热辐射率降温效果会打折扣,因为凹表面大部分的热辐射是内向的,其热辐射不能直接到达外部环境空间。

图1a 凸表面

图1b 凹表面

只有同时满足表面温度较高、表面的热辐射率较低、表面结构较简单(如凸表面)等三个条件,提高表面热辐射率后才能较明显地改善辐射散热的效果。

2. 热辐射涂料

表1 常见物体表面的发射率

材料类别和表面状况

温度 (C)

法向发射率

磨光的铜

20

0.03

氧化的铜

50

0.6~0.7

磨光的铝

50~500

0.04~0.06

严重氧化的铝

50~500

0.2~0.3

玻璃

38,85

0.94

碳化硅涂料

1010~1400

0.82~0.92

各种颜色的油漆

辐射传热的强化及热辐射涂料 热辐射传热计算公式

100

0.92~0.96

(1)油漆

油漆的表面发射率较高,可以用来喷涂于散热器表面,增强辐射换热,不过油漆导热系数较低,所以要控制油漆喷涂的厚度。

(2)碳化硅

碳化硅(SiC)具有较高的导热系数,以及较高的表面辐射率(0.82~0.92),常被用作增大物体表面发射率的涂料成分。

台湾凯乐士股份有限公司(http://www.kallex.com.tw/)碳化硅材料开发的散热涂料已应用于铝合金散热鳍片表面之喷涂。其碳化硅辐射涂料导热系数130~160 W/K-m,辐射率约0.9。

(3)纳米碳球

纳米碳球是纳米碳材料的一种(纳米碳材料主要包括三种类型:碳纳米管,碳纳米纤维,纳米碳球),碳簇材料(黑体)辐射冷却效果佳,辐射率达98%,纳米碳涂层具有很好的辐射散热效果。

厦门宇晶电子科技开发有限公司(http://www.actwinworld.com/)利用纳米碳球与氮化硼涂料技术,开发的辐射散热涂料有良好的导热(导热系数:500W/m.k)与辐射散热效果(发射率:0.98)。

(4)ZS-411型辐射散热涂料

北京志盛威华科技发展有限公司(http://www.zswhua.com/)开发的ZS-411型辐射散热涂料(双组分液体),可以直接喷涂在物体表面,涂料发射率约为0.90,并且涂料固化后可以形成良好的热反射表面,其膜面热吸收比仅为0.10~0.40,所以该材料表面热发射强于热吸收(一般材料吸收比等于发射率),更有利于散热。不过该涂料导热系数较低(0.031 W/K-m)。

定义:

角系数 AngleFactor

表面1发出的辐射能中落到表面2的百分数称为表面1对表面2的角系数。

凸表面(非凹表面)non-reentrant Surface

表面对本身的角系数为 0。

凹表面 ReentrantSurface

表面对本身的角系数为不为 0。

  

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