Icepak高級建模8_高度的影響

icepak 2011-10-10

8.高度的影響Altitude Effects
高度影響 P296--P306
空氣密度的大小隨著高度的變化而變化
高度越高空氣的密度越小
–這就意味著,高度很高時需要使用更大的風扇
–這是因為,對于指定的流動阻尼,風扇提供固定的體積流率(而不是固定的質(zhì)量流率!!!)
–熱流率和氣體的質(zhì)量流率成正比
高度越高空氣的溫度越低
–在天氣很熱的時候例外,在地面向上3千米之內(nèi)可能密度反而有所增加
–溫度的降低會導致空氣的密度增大,但是,這對于空氣密度的影響是第二位的
當高度很高時(e.g. 20 km)密度會很小,所以這時幾乎沒有空氣可以用于冷卻
因此,航空電子設備必須使用周圍的控制循環(huán)氣體進行冷卻
航空電子設備這類應用的主要問題是氣體污染問題
–循環(huán)氣體含有的微?？赡茉斐啥搪坊?qū)顫娫幕瘜W降解
由于這個原因,冷卻氣體不允許直接接觸元件,而且是流過附在盒體上的冷板
在Icepak中模擬高度的影響:
–修改空氣的缺省密度
–把壓頭項乘上密度比(高空空氣密度除以海平面空氣密度)以修改特征曲線

在Icepak4.1中, 可以在Problem setup面板中輸入高度.不需要為了模擬高度影響再作任何修改

Variation of Air Density with Altitude
Altitude (ft)Temperature (R)Pressure (ibf/ft2)Density (lb/ft3)- 表P301

計算空氣密度
ρ = P/RT
P = 指定高度的大氣壓
T = 指定高度的空氣溫度
R = 氣體常數(shù)= 53.3
例海平面:
P = 2.1162 lbf/ft2
T = 518.69 deg R
ρ = P/RT
= 2116.2/(53.3x518.69)
= 0.07654 lb/ft3
= 1.226 Kg/m3

在電子散熱應用中:
–元件大小很小,一般: 0.05-0.1m
–元件附近的氣流速度很小,一般:1-2 m/s
–流動一般為層流或湍流度不大的湍流
所以平均熱傳遞系數(shù)(NusseltNumber)可以使用適用于平板流動方程來進行計算:
Nu = hL/k= 0.664*Re1/2*Pr1/3
Nu = 平均Nusselt數(shù)
h = 平均熱傳遞系數(shù)
L = 元件長度
k = 冷卻流體的熱導率
Re = Reylonds數(shù)= ρUL/μ
Pr = Prandtl數(shù)= μCp/k
U = 平均氣流速度
ρ = 冷卻流體的密度
μ= 冷卻流體的粘性
Cp= 冷卻流體的比熱
方程表明,平均熱傳遞系數(shù)和密度比值的平方根成正比:
h α(ρ2/ρ1)1/2

高度影響
這說明冷卻性能的下降受到高度增加的影響的嚴重程度不如受到簡單的密度比下降的影響
例如, 10,000 ft高空和海平面的比較:
–密度比= 0.05654/0.07654 ~ 0.74
–熱傳遞系數(shù)減小量~ 14%
節(jié)點溫度的減小比例會更小一些,因為總熱阻還包括固體內(nèi)部的熱傳導阻尼
典型電子散熱問題中, 10,000 ft的高空最高溫度比海平面的最高溫度增加了大約10-15%