本文來源 Electronics Cooling Magazine Vol.5, No.3，翻譯by lelele

海拔高度對(duì)溫升的影響
很多公司在電子設(shè)備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，都要求設(shè)備能在高海拔下穩(wěn)定工作。通常“高海拔”指的是海拔1500m(約5000英尺)或3000m(10000英尺)的高度。對(duì)于設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制來說，預(yù)測(cè)產(chǎn)品在高海拔下運(yùn)行時(shí)的溫升是非常重要的。有許多方法可以用于修正海拔高度對(duì)于溫升的影響，而其中的許多方法都為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程而犧牲了精度。盡管許多公司確實(shí)使用了有依據(jù)的修正方式，然而其他很多公司不必要使用這樣的復(fù)雜公式。
如今電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。電路板上安裝著不同的電子元件，這些電子元件使得流經(jīng)電路板的空氣有著復(fù)雜的流場(chǎng)，如回流，死區(qū)和其他熱源引起的熱尾流。如果不考慮這些造成分析的困難，所有表面溫度的計(jì)算和海平面的測(cè)量數(shù)據(jù)都可以使用本文中的推薦方法外推到任何海拔高度（作者吹牛啦，超過海拔6000米就不好這樣修正了，當(dāng)然，提供的數(shù)據(jù)也截止到6000m，即20000英尺）

高度修正
以海平面為條件測(cè)量或者計(jì)算得到的空氣冷卻的表面溫度能夠使用系數(shù)進(jìn)行修正得到高海拔條件下的結(jié)果。這種方式適用于任何依賴空氣對(duì)流散熱的表面，如殼溫，電路板的溫度和散熱片的溫度，甚至在不知道準(zhǔn)確的耗散功率的情況下也能使用這種方法。并且在一個(gè)強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)中的空氣溫升也可以使用這種方法估算。
高度修正系數(shù)表達(dá)了特定的高度下對(duì)流環(huán)境的影響。這種方法首先是參考文獻(xiàn)1所提出的。電子設(shè)備的對(duì)流環(huán)境包括：軸流/離心風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，有通風(fēng)孔的機(jī)箱中的或是直接暴露在外以自然對(duì)流冷卻的電子元件。系數(shù)表如下表1。

上表中的軸流風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)中的常規(guī)和大功率器件的溫升修正系數(shù)有所不同。常規(guī)的溫升修正系數(shù)可以用于所有測(cè)量得到的表面溫度，并且能夠使用于元器件的外殼，電路板表面和散熱器的鰭片。也可用于空氣的溫升。而對(duì)那些溫升主要是由于自身功率支配并非是空氣溫度升高影響的器件來說，常規(guī)的溫升修正系數(shù)有些過于保守了。推薦的大功率的修正系數(shù)主要是減小過于保守的常規(guī)系數(shù)。最后自然對(duì)流的溫升修正系數(shù)主要用于修正自然對(duì)流所冷卻的表面溫度。
表一中的系數(shù)使用以下的方程（1）修正高度的影響。

                          T(z) -- T_amb = [ T_SL -- T_SL,amb ] × Multiplier(z, Configuration) (1)
其中：
                          T(z) - T_amb      表示海拔高度z下的表面溫度或空氣的溫度減去環(huán)境溫度
                          T_SL -- T_SL,amb 表示海平面下的表面溫度或空氣的溫度減去環(huán)境溫度
                         Multiplier(z, Configuration) 是表一中的溫升修正系數(shù)
這種簡(jiǎn)單的高度修正方式使用了特定的系數(shù)修正了海平面條件下的溫升,并且消除了耗散功率的不確定性和對(duì)流流場(chǎng)不均勻的影響.一旦使用這種方式確定了高海拔下的表面溫度或臨界溫度,就可以使用傳統(tǒng)的熱阻網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算出結(jié)溫或是與散熱片接觸區(qū)域的溫度.
另一種方式是直接在表面溫度上增加一個(gè)固定的溫升,而不考慮對(duì)流環(huán)境或是耗散功率, 如3000米(10000英尺)的情況下,通常是直接增加5° 到7°C.而有的則以海拔高度升高進(jìn)行累加,如每300米溫升增加1°C.這些方式也是非常簡(jiǎn)單的,但也許僅適合于以前的產(chǎn)品,他們不如公式1和表一的修正方法精確,而且會(huì)使得熱管理設(shè)計(jì)和相關(guān)的決定不夠優(yōu)化.

海拔高度對(duì)散熱的影響
隨著海拔高度的增大，空氣的密度逐漸降低，而對(duì)流換熱能力和設(shè)備的整體熱容量也不斷的減少，因此。所有依賴于自然對(duì)流和強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱的設(shè)備在高海拔的情況下需要用更多的空氣流量來保持與海平面下同樣的溫升。因此，如果知道了空氣密度的變化就可以通過對(duì)流換熱方程來推導(dǎo)出溫升的增加量。

溫升修正系數(shù)的來源
表1中的溫升修正系數(shù)和使用對(duì)流換熱方程所推導(dǎo)出的結(jié)果一樣準(zhǔn)確，但是精度卻遠(yuǎn)不如使用CFD模擬或是在高海拔下實(shí)際測(cè)量所得到的結(jié)果。然而在缺乏相應(yīng)的仿真手段和測(cè)量資源的時(shí)候，這是一種非常簡(jiǎn)便并且有理論依據(jù)的方法。
強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)中空氣的溫升取決于能量守恒關(guān)系。由于空氣的比熱和速度變化隨著海拔高度的改變很小，而空氣的溫升與密度則成反比。因此，空氣或者低能耗的器件的溫升修正系數(shù)可以簡(jiǎn)化為空氣在高海拔和海平面時(shí)的密度比的問題。
而高能耗器件的溫升還由耗散功率的大小所決定。在這種情況下，對(duì)流傳熱系數(shù)可以通過雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)來表達(dá)。由于普朗特?cái)?shù)是一個(gè)相關(guān)的量，，而包含著密度變化的雷諾數(shù)則反映在ca熱阻的變化量上，并通過工作溫度的升高表現(xiàn)出來。
自然對(duì)流冷卻系統(tǒng)中的對(duì)流換熱系數(shù)則通過格拉曉夫數(shù)和普朗特?cái)?shù)表示。這種情況下，包含溫度和密度變化的格拉曉夫數(shù)也反映在ca熱阻的變化量上，并通過工作溫度的升高表現(xiàn)出來。
恒定溫度下空氣密度的變化比率關(guān)系可以從文獻(xiàn)2中找到。而常規(guī)的對(duì)流換熱傳熱關(guān)系則可以從文獻(xiàn)3中找到。

作者及聯(lián)系方式：

Kaveh Azar, Editor-in-Chief, Lucent Technologies, North Andover, MA
kazar@lucent.com

參考文獻(xiàn)：
1. Azar, Kaveh, "Electronics Cooling--Theory and Applications", Short course, 1998.
2. White, F. M., Fluid Mechanics, Second Edition, pg. 60, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.
3. Holman, J.P., Heat Transfer, Sixth Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.