导体散热过程及其三种形式：对流、辐射、导热

导体散热过程，就其物理本质而言，可分为对流、辐射、导热三种形式。

1.对流

由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。对流换热所传递的热量，与温差及换热面积成正比，即对流换热量为

式中　Qc——对流换热量，W/m；

ac——对流换热系数，W/（m2·℃）；

θw——导体温度，℃；

θ0——周围空气温度，℃；

Fc——单位长度换热面积，m2/m。

由于对流条件不同，对流换热系数ac有着很大不同。屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流换热。一般取

当屋外风速大于0.2m/s时，对流换热的条件好于自然对流条件，形成强迫对流换热。强迫对流换热系数ac为

式中　λ——空气的导热系数，当气温为20℃时，λ=2.52×10-2W/（m·℃）；

D——圆管外径，m；

V——风速0.2m/s；

v——空气的运动黏度系数，当空气温度为20℃时，v=15.7×10-6（m2/s）；

β——风向与导体间夹角φ修正系数。

当0°≤φ≤24°时，A=0.42，B=0.68，n=1.08；

当0°≤φ≤90°时，A=0.42，B=0.58，n=0.9。

单位长度导体的换热面积Fc，与导体尺寸、布置方式等因素有关。导体条间距离越近，散热条件就越差，故有效面积就相应减少。常见导体的形状和布置方式如图9-3。其对应的单位长度导体对流换热计算面积不同。

图9-3（a）单条导体对流换热面积为

图9-3　常用导体型式

（a）单条导体；（b）二条导体；（c）三条导体；（d）槽型导体；（e）圆管导体

A1和A2为单位长度导体在高度方向的面积，当导体截面用毫米（mm）表示时

图9-3（b）二条导体对流换热面积为

当

图9-3（c）三条导体对流换热面积为

当

图9-3（d）槽形导体对流换热面积为

当100mm＜h＜200mm时

当h＞200mm时(www.xing528.com)

当b2/x≈9时，因内部热量不易从缝隙散出，平面位置不产生对流，故

图9-3（e）圆管导体对流换热面积为

2.辐射

热量从高温物体，以热射线方式传至低温物体的传播过程，称为辐射。根据斯蒂芬—波尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量，与导体和周围空气绝对温度四次方之差成正比，即辐射换热量为

式中　ε——导体材料的辐射系数，见表9-3；

Ff——单位长度导体的辐射换热面积，m2/m。

单条导体和二条导体的辐射换热形式，如图9-4所示。

单位长度导体的辐射换热表面积Ff，依导体形状和布置情况而定。

表9-3　导体材料的辐射系数ε

图9-4（a）单条导体辐射换热面积为

图9-4　导体的辐射散热

（a）单条导体；（b）二条导体

式中　A1和A2——高度方向和宽度方向的面积，计算方法与求Fc相同。

图9-4（b）二条导体内侧，只能在缝隙处向外辐射，相当于两平行导体缝隙间的面积仅有一部分能起辐射作用。通常计算时，内侧面积应乘上系数（1—φ）。φ为辐射角系数，，它代表辐射到对面导体的部分，这部分不能向外辐射，而能辐射出去的部分只有（1-φ），因此二条矩形导体的辐射面积为

三条导体的辐射表面积，可按两条导体同样理由求得

槽形导体的辐射表面积为

式中　h——槽形导体的高度，m；

b——槽形导体的宽度，m。

圆管导体的辐射表面积为

式中　D——导体的直径，m。

3.导热

固体中由于晶格振动和自由电子运动，使热量由高温区传至低温区。而在气体中，高温区域的分子具有较高的速度，分子有高温区运动到低温区，便将热量带至低温区，这种传递热量的过程，称为导热。导热量Qd为

式中λ——导热系数，W/m·℃；

Fd——导热面积，m2；

δ——物体厚度，m；

θ1，θ2——高温区和低温区的温度，℃。