「热传导、热对流和热辐射」的概念和计算方法，什么是热阻？ / 开普饭

本文主要解释一下传导、对流和辐射这三种散热方式，以及理论计算公式；

一、什么是热传导、热对流和热辐射；

1.热量也会从热的物体转移到冷的物体，就像水从高处流向低处一样；对于内部存在温差的固体，热量会从高温区域传递到低温区域，在固体内部的这种热传递称为热传导；

2.当冷流体（气体/液体）在热固体表面流动时，热量从热固体表面传递到冷流体上，流体和固体表面之间的这种传热方式称为热对流；

3.即使冷热物体不接触也可以传递热量，比如不接触太阳，就可以感受到来自太阳的热量，这种物体相互之间不接触而发生的热量传递称为热辐射；

二、热传导计算公式；

1.根据傅立叶热传导公式可知，传热速度与温差成正比，与距离成反比；

k为导热系数[W/(m·℃)]，表示传热的难易程度，导热系数由材料自身性质决定，其数值越高表示传递热量的能力越强；

一般来说，固体的导热系数大于液体，液体的导热系数大于气体；如常温下纯铜的导热系数高达400W/(m*℃)，纯铝的导热系数为236W/(m*℃)，水的导热系数为0.6W(m*℃)，而空气仅0.025W/(m*℃)左右；

2.可以根据上述公式推导导热热阻R，如下图示，导热热阻R=L/kA，热阻的单位为℃/W；

热阻的物理意义就是传递1W的热量需要多少温度差；

三、热对流计算公式；

1.热对流传递的热量，主要由对流换热系数和换热面积决定，Newton对流换热公式如下；

对流换热系数与导热系数不同，它不是一个特定的值，而是由流动条件和壁面状态共同决定的系数；随着流体速度的增加，对流换热系数会变大；

自然对流的换热系数在1~10W/(m²·℃)量级，实际应用时一般不会超过3~5W(m²·℃)；强制对流时换热系数在10~100W/(m²·℃)量级，实际应用时一般不会超过30W/(m²·℃)；

2.同样可以根据上述公式推导对流热阻R，如下图示，对流热阻R=1/hA，热阻的单位为℃/W；

四、热辐射的计算公式；

与热传导和热对流不同，热辐射是通过电磁波来传递热量的；由于电磁波是'波'，所以电磁波能够在真空中传播；在工程计算中，物体的实际辐射能力如下；

T是物体的绝对温度值=摄氏温度值+273.15℃，ε是表面的黑度或发射率，该值取决于材料种类、表面温度和表面状态，与外界条件无关，也与颜色无关；

一般情况下，磨光的铝表面的黑度为0.04，氧化的铝表面的黑度为0.3，黑色（亮黑和无光）阳极氧化的铝表面的黑度为0.85，喷塑（黑色和白色）的铝表面的黑度为0.85，涂覆绿油的PWB表面的黑度为0.8

「热传导、热对流和热辐射」的概念和计算方法，什么是热阻？