對流系數(shù)很大程度上取決于介質(zhì)(例如.,空氣,水蒸汽,水,油)對流的種類分為:自然對流和強(qiáng)迫對流,自然對流只有在重力的情況下才能發(fā)生,因為流體的運(yùn)動而是由于冷熱流體的重力差而產(chǎn)生的。而強(qiáng)迫對流與重力的大小無關(guān)(圖12,13)。
圖12自然對流由于冷熱流體不同的密度產(chǎn)生。強(qiáng)迫對流流體的運(yùn)動是強(qiáng)迫的,例如風(fēng)扇。
圖13不同材料的對流系數(shù)。
圖14陶瓷芯片產(chǎn)生熱量,放在一個鋁質(zhì)散熱片中,散熱片周圍的介質(zhì)為空氣。
為了更好的觀察同時考慮熱傳導(dǎo)和對流的效果,我們來一起看一個散熱片(圖14)。
芯片產(chǎn)生熱量,芯片通過熱傳導(dǎo)在其內(nèi)部進(jìn)行熱量傳遞,然后同樣通過熱傳導(dǎo)傳遞到鋁制散熱片中.在陶瓷芯片與鋁制散熱片中的熱傳導(dǎo)需要克服陶瓷與鋁之間的界面缺陷產(chǎn)生的熱阻層,最終熱量通過對流擴(kuò)散到散熱片周圍的空氣中。
添加一個冷卻風(fēng)扇或者將散熱片放入水中,都不會改變熱傳導(dǎo)的機(jī)理,散熱片仍然通過對流進(jìn)行散熱,唯一不同的就是作為散熱劑的水和空氣對流系統(tǒng)數(shù)值大小。
散熱片的溫度場如圖15所示。散熱片的散熱可以通過熱流向量顯示(圖15,右)。熱流向量離開散熱片進(jìn)入到周圍的流體環(huán)境中.沒有向量通過底部的表面,因為在模型中散熱片的底面和芯片都是絕熱的。
圖15散熱片中的溫度場分布和熱通量
我們注意到散熱片和陶瓷芯片之間的界面產(chǎn)生的熱阻層的建模,在某些設(shè)計驗證的軟件中這個熱阻層必須建立模型,而在COSMOSWorks中,我們只需要輸入熱阻系數(shù)就可以實現(xiàn)了,而不需要建立熱阻層的模型。