10.輻射Radiation

所有的材料都會連續(xù)發(fā)射和吸收輻射的能量,發(fā)射和吸收的強度取決于材料本身的性質(zhì)和溫度在很多情況下輻射非常重要,尤其是:
–高溫問題
–低壓環(huán)境中對流傳熱相對較小
入射的輻射可以被表面反射,吸收或透射
因此:
ρ+α+τ=1

ρ = 反射率
α = 吸收率
τ = 透射率
理想黑體會吸收所有入射的輻射
–它通常也比其它非黑體輻射更多的能量
對于不透明漫反射表面:
ε = α = 1-ρ
表面的發(fā)射率通常受到以下因素的影響:
–材料類型
–表面粗糙度
–表面附著的成分(污染物).
從下圖中可以看到在不同的波長下不同材料的光譜發(fā)射率不同
光滑,純金屬表面在紅外波段一般具有較低發(fā)射率(0.1 to 100 micron)
–一般, ε < 0.1
表面污染可能導致足夠高的發(fā)射率,尤其在高波長光譜段
大多數(shù)強迫對流問題中,輻射對于設(shè)備溫度的影響小于5%
在自然對流問題中,輻射對設(shè)備溫度的影響可以高至50%

兩個表面之間的輻射熱交換, Qr:
Qr= 總輻射熱傳遞量
σ= 5.67e-8 W/m2K4= Stefan-Boltzmann 常數(shù)
ε= 表面發(fā)射率
f = 角系數(shù)
A = 輻射面積
T1, T2= 發(fā)射和吸收表面的溫度
Qr=σεfA(T41-T42)

輻射Surface TypeFinishEmissivity
練習: 輻射影響

練習: 輻射影響強迫對流V=2m/s, Tamb=50 CTj(no radiation) = 68.75 CTj(with radiation) = 68.03 CEffect of radiation = 4%
練習: 輻射影響自然對流Tamb=50 CTj(no radiation) = 93.78 CTj(with radiation) = 84.06 CEffect of radiation = 22%

練習: 密封系統(tǒng)
練習: 密封系統(tǒng)缺省條件:環(huán)境溫度= 40 C腔體熱導率= k密封腔體

練習: 密封系統(tǒng)缺省條件:環(huán)境溫度= 40 C腔體熱導率= k內(nèi)部元件PCBCPU & Heat spreaderMemory cardother chips
練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 178.2 CCase 1: 無輻射k=0.18 W/mK內(nèi)部元件

練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 116 CCase 1:無輻射k=0.18 W/mK腔體
練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 144 CCase 2: 有輻射ε=0.2k=0.18 W/mK內(nèi)部元件

練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 87.4 CCase 2: 有輻射ε=0.2k=0.18 W/mK腔體
練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 114.4 C內(nèi)部元件Case 3: 有輻射ε=0.8k=0.18 W/mK
練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 65.4 C腔體Case 3: 有輻射ε=0.8k=0.18 W/mK
練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 110.7 C內(nèi)部元件Case 4: 有輻射ε=0.8k=200 W/mK

練習: 密封系統(tǒng)最高溫度= 51.7 C腔體Case 4: 有輻射ε=0.8k=200 W/mK

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