3 輻射
3.1 斯蒂芬－玻爾茲曼定律
 
我們?cè)?.1章節(jié)中所做的平板溫度計(jì)算還不是完全正確，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有考慮輻射散熱的影響。按照J(rèn).Stefan 和L.Boltzmann定律，平板和環(huán)境的換熱量為：
 
其中 為輻射面積， 為表面輻射率（ ）， 是斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)（ ）并且 為以 為單位的溫度。Flotherm中對(duì)輻射采用了“漫灰”假設(shè)，也就是說輻射率與波長(zhǎng)和方向無關(guān)。
實(shí)例：自然對(duì)流情況下估計(jì)10W熱功耗的歐洲標(biāo)準(zhǔn)板子通過輻射方式進(jìn)入到空氣中的熱量。
總的熱流不是10W，這是因?yàn)閷?duì)輻射的修正也僅僅是一種近似。我們可以看到對(duì)于典型電子散熱領(lǐng)域的自然對(duì)流板子，通過自然對(duì)流散失的熱量只有散失總熱量的一半，其余都通過輻射方式散失。
3.2 輻射率數(shù)據(jù)
普朗特定律揭示了黑體輻射光譜的變化規(guī)律。盡管現(xiàn)實(shí)中的物體與黑體總有差異存在，但普朗特定律對(duì)于證實(shí)最大輻射力波長(zhǎng)是一個(gè)很好的指導(dǎo)。對(duì)于典型的電子器件領(lǐng)域最大輻射力波長(zhǎng)大約為8 的紅外波。太陽的最大發(fā)射率光譜大約在0.4－0.5 （400－500nm）。
左圖：對(duì)于溫度80℃時(shí)候的黑體普朗特定律曲線， 右圖：真實(shí)物體的發(fā)射力
真實(shí)物體的發(fā)射力總是低于普朗特曲線。如果采用縮小比例的普朗特曲線（ ）去擬合真實(shí)物體的發(fā)射力，這個(gè) 稱為表面發(fā)射率。單色發(fā)射率不隨波長(zhǎng)變化的物體稱為灰體。前述提及的擬合可以分為兩個(gè)光譜區(qū)域，紅外區(qū)域和可見光區(qū)域。

注意：對(duì)Flotherm材料庫中的拋光銅和鋁不要使用表面發(fā)射率。工業(yè)表面很少拋光，但也很少進(jìn)行陽極氧化。特別是對(duì)于銅而言，其氧化層的厚度往往確定了其發(fā)射率。銅上附有8 的氧化層可以將發(fā)射率提高到0.8，而且這幾乎是線性增加的（也就是說4 時(shí)候 ）。

表格：羅列了表面特性（來自Flotherm3.2 手冊(cè)）

 

Name	Emissivity (Infrared)	Area Factor	Color	Shininess/Brightness
Aluminum Paint	3.5e-01	1.0	Light grey	0.50/0.50
Alum. Paint and Lacquer	5.25e-01	1.0	Light Grey	0.10/0.50
Asbestos	1.0e-01	1.0	Dark Grey	0.0/0.0
Bright Shellac	8.2e-01	1.0	Rose madder	1.0/1.0
Cast Machine Cut Iron	4.4e-01	1.0	Flesh	0.5/0.5
Cast Polished Iron	2.1e-01	1.0	Flesh	1.00/0.5
Ceramic	9.0e-01	1.0	Light Grey	0.0/00
Commercial Aluminum	9.0e-02	1.0	Light Grey	0.5/0.5
Dull Shellac	9.0e-01	1.0	Rose madder	0.0/0.0
Emeried iron	2.42e-01	1.0	Vermillion	0.5/0.5
Enamels and Lacquer	8.0e-01	1.0	Medium Grey	0.10/0.10
Enamels and Lacquer	8.0e-01	1.0	Medium Grey	0.10/0.10
Ground Bright Iron	2.42e-01	1.0	Flesh	1.0/0.5
Hard Rubber	9.5e-01	1.0	Black	0.5/0.0
Infrared Opaque Plastic	9.5e-01	1.0	Dark Grey	0.0/0.0
Lightly Tarnished Copper	3.7e-02	1.0	Chrome Green	0.0/0.50
Mild Steel	2.0e-01	1.0	Lavender	0.5/0.5
Non-Metallic Paint	9.0e-01	1.0	Purple	0.2/0.2
Oxidized Nickel	4.1e-01	1.0	Light Grey	0.0/0.0
Oxidized Sheet Steel	8.0e-01	1.0	violet	0.0/0.0
Polished Brass	2.8e-02	1.0	Greeny-yellow	1.0/0.5
Polished Copper	4.0e-02	1.0	Greeny-yellow	1.0/0.5
Polished Gold	1.0e-02	1.0	Greeny-yellow	0.94/0.5
Polished Nickel	4.5e-02	1.0	Light Grey	1.0/1.0
Polished Plate Aluminum	3.8e-02	1.0	Light Grey	1.0/0.5
Polished Plate Platinum	5.4e-02	1.0	Light Grey	0.5/0.5
Polished Sheet Steel	8.0e-02	1.0	Violet	1.0/1.0
Polished Silver	2.2e-02	1.0	Silver Grey	1.0/1.0
Red Lead Primer	9.3e-01	1.0	Bright red	0.5/0.5
Rough Plate Aluminum	6.0e-02	1.0	Light Grey	0.0/0.5
Rusted	6.5e-01	1.0	Bright Red	0.0/0.0
Soft Rubber	8.6e-01	1.0	Bright Yellow	0.5/0.0
Typical Oil Paint	9.2e-01	1.0	Dark Grey	0.0/0.0
Unpolished Gold	4.7e-01	1.0	Bright Yellow	0.0/0.5

3.3 物體輻射
3.3.1 物體和遮擋物體

重要：通過輻射方式散失熱量的物體（塊、散熱器、機(jī)箱）必須有一個(gè)輻射特性。否則這個(gè)物體就無法和環(huán)境或其它物體進(jìn)行輻射換熱。如果一個(gè)非輻射物體被一個(gè)外部輻射物體照射，則這個(gè)非輻射物體起到的作用是反射。

Single radiation時(shí)遮擋情況的典型例子：考慮優(yōu)先級(jí)
3.3.2 打孔板和阻尼輻射

1. 斜板有對(duì)輻射透明的選項(xiàng)。然而對(duì)于壓縮斜板總是對(duì)輻射透明的。
2. 打孔板對(duì)于輻射也是透明的。不能采用輻射特性。（因?yàn)榇蚩装逯皇且粋€(gè)自動(dòng)計(jì)算阻力系數(shù)的簡(jiǎn)化平面元件）
3. 體積阻尼可以選擇完全的阻擋輻射或透明。然而阻擋輻射的話不會(huì)加熱阻尼，而是進(jìn)行反射。簡(jiǎn)化的散熱器（Compact heat）產(chǎn)生了一個(gè)體積阻尼，它對(duì)于輻射是透明的，所以不能阻擋輻射。

3.3.3 輻射和絕熱面
注意：某些Warning和手冊(cè)指導(dǎo)可能是錯(cuò)誤的。如果在某個(gè)方向的上下兩個(gè)面上是絕熱的，在兩個(gè)面垂直方向輻射熱交換還是存在的。似乎感覺這個(gè)輻射熱交換給限制了。

3.4 耦合熱交換
在某些時(shí)候三種傳熱方式會(huì)同時(shí)發(fā)生。我們稱之為“耦合熱交換”。現(xiàn)在我們對(duì)一塊處于自然對(duì)流的歐洲標(biāo)準(zhǔn)平板進(jìn)行最大溫度的仿真。環(huán)境溫度為35℃，發(fā)射率 ，我們可以得到如下的數(shù)據(jù)。自然對(duì)流和輻射散失的熱量幾乎相等。

在自然對(duì)流考慮輻射、環(huán)境溫度 的情況下平板的溫度曲線。這個(gè)例子對(duì)于熱功耗10W的歐洲標(biāo)準(zhǔn)板子有效。上圖中的放大圖可以用于計(jì)算具體的熱流 。

P45-P52

Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過程中涉及的物理學(xué)原理.pdf

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