散热器系数的影响因素-影响散热器传热系数的主要因素

提高铝合金散热器热导性系数是需要良好的铸态组织、适宜的时效制度、合理的合金元素配比与适量稀土处理剂均能不同程度的提高材料的导热系数。是根据河南理工大学资源与材料工程系在分析实验数据的基础上得出的结果。

散热器的性能参数

如何能正确的确定散热器的传热系数K值的实验，对国际化标准组织ISO规定：要应在一个长（ 4±0.2 ）m×宽（ 4±0.2 ）m×高（ 2.8±0.2 ）m的封闭小室内，保证室温恒定下进行，暖气片应无遮挡，敞开设置。国际规定对于暖气片的传热系数是表示：当暖气片内热媒平均温度与室内空气温度的差为1℃时，每 ㎡散热面积单位时间放出的热量。单位为W/㎡.℃。 散热量单位为W。传热系数与散热量成正比。

一般来说：影响铸铁暖气片传热系数的最主要因素是热媒平均温度与室内空气温度的温差△T，暖气片的材质、几何尺寸、结构形式、表面喷涂、热媒温度、流量、室内空气温度、安装方式、片数等条件都会影响传热系数的大小。

对于散热器性能检测标准工况（当△T=64.5℃时），即：热媒进口温度95℃，出口温度70℃，空气基准温度18℃。对于暖气片热工性能均经过国家暖气片质检中心或清华大学建筑环境监测中心按上述标准进行检测，其标定的散热量（W）即在△T=64.5℃时标准工况下的检测结果才是合格的暖气片产品。

散热器热工性能实验限定了哪些因素

由于导热硅脂属于一种化学物质，因此它也有反映自身工作特性的相关性能参数。只要了解这些参数的含义，就可以判断一款导热硅脂产品的性能高低。

工作温度

工作温度是确保导热硅脂处于固态或液态的一个重要参数，温度过高，导热硅脂会因黏稠度降低而变成液态；温度过低，它又会因黏稠度增加变成固态，这两种情况都不利于散热。导热硅脂的工作温度一般在-50℃～180℃。对于导热硅脂的工作温度，一般不用担心，毕竟通过常规手段很难将CPU的温度超出这个范围，除非您打算用液氮制冷——那个温度下大部分导热硅脂才会失去作用。

热传导系数

与常用的散热器材质相比，导热硅脂的热传导系统要小很多，目前一般规范中，对导热硅脂的热传导系数要求为1.13W/mK，与铜的401W/mk相比，差距不可同日而语，但与空气相比，仍高了许多。由此也可见，散热器底面是否平滑是多么重要，某些厂商宣称其底面不够平整的散热器只需靠导热硅脂填充而不影响其散热能力的说法多么无耻。

热阻系数

热阻系数表示物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似，单位也与之相仿（℃/W），即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。热阻显然是越低越好，因为相同的环境温度与导热功率下，热阻越低，发热物体的温度就越低。热阻的大小与导热硅脂所采用的材料有很大的关系。

介电常数

对于部分没有金属顶盖保护的CPU而言，介电常数是个非常重要的参数，这关系到计算机内部是否存在短路的问题。普通导热硅脂所采用的都是绝缘性较好的材料，但是部分特殊硅脂(如含银硅脂等)则可能有一定的导电性。当然，目前的CPU都加装了用于导热和保护核心的金属顶盖，因此不必担心导热硅脂溢出而带来的短路问题，但在涂抹时也必须注意不要将导热硅脂误涂到其他地方如主板上。

主流散热器所用导热硅脂的介电常数都大于5.1。

黏度

黏度即指导热硅脂的黏稠度。一般来说，导热硅脂的黏度在68左右。

使用导热硅脂的注意事项

导热硅脂涂抹时最重要的是均匀，能够覆盖CPU核心就可以，完全没必要涂抹太多甚至厚厚一层，那样反而会影响散热器的性能，要清楚所谓的导热硅脂的热传导系数高只是相比于空气而言，与散热器材质如铜甚至铝相比，要低得多。

此外，大多数普通导热硅脂在使用一年或更长时间后，会出现“干化”或“硬化”现象，大大影响散热效果。因此，要保证系统长期稳定地工作，定期清理并重新涂抹硅脂也是必要的。

什么是散热器热传系数

一、实验目的

（一） 掌握热媒为水时散热器热工性能的实验方法。

（二） 通过热工性能实验确定散热器散热量或传热系数与计算温差的关系，并求出其金属热强度值。

二、实验原理

（一） 散热器的散热量

Q=a（tp-ta）n=a△tb W （1—1）

式中 tp——散热器进出口热媒平均温度，℃；

tp=（tg+tc）

tg——散热器进口处热媒温度，℃；

tc——散热器出口处热媒温度，℃；

a、b——实验确定的系数，主要与散热器构造热媒参数及安装方式等有关；

ta——检测小室基准点空气温度，℃；

（二） 热媒输入散热器热量

Q=G（hg-hc） W （1—2）

式中 G——散热器热媒平均质量流量，kg/s；

hg——相应于热媒进口温度tg的焓，j/kg；

hc——相应于热媒出口温度tc的焓，j/kg；

（三） 散热器传热系数

K= △tn-1 W/m2?℃ （1—3）

式中 F——散热器散热面积，m2。

（四） 散热器金属热强度

g= W/kg?℃ （1—4）

式中 △t——计算温度差，一般可取△t=64.5℃；

g——散热器质量，kg。（无水状态）

由上可见，散热器热工性能实验测量的参数有tg、tc、ta、G、F、g。

三、实验装置

散热器实验装置主要有下列各部分组成：

（一） 风冷闭式检测小室空调系统

如图1.1所示。它主要由安装被检测散热器的闭式小室6及其套间5，用于维持小室空气温度稳定的空调系统（包括送回风系统、用于加热和冷却空气的电加热器系统和制冷系统等）组成。

图1.1风冷闭式检测小室空调系统

1 风机 2 风管 3 电热器 4 多叶送风口 5 小室套间 6 检测小室 7 回风口

8蒸发器 9 膨胀阀 10 压缩机 11 冷凝器 12 冷却塔 13 循环水泵 14 供水阀 15 补水阀

（二） 散热器热媒循环系统

如图1.2所示。它主要由低位水箱13、循环泵1、高位水箱2、电热锅炉14、散热器6及换向器8等组成。

图1.2 散热器热媒循环系统

1 水泵 2 高位水箱 3 水位计 4 温度计 5 电热器 6 散热器 7 流量计

8 换向器 9 取样器 10 冷却水管 11 量杯 12 天平 13 地位水箱 14 锅炉

（三） 散热器进出口热媒温度、检测小室空气温度检测系统及温度控制系统。

（四） 热媒冷却及称量系统。

四、实验方法

（一）实验条件

实验必须在稳态条件下进行，即在等时间间隔（一般间隔不超过10分钟）中至少有六次连续测量值，每次测量值与其平均值元差不大于下列范围时即为稳态。

对于热媒系统

水量G ±2%

温度t ±0.2%

热量Q ±1%

对于检测小室

内壁面中心温度 ±0.3%℃

基准点温度 ±0.1%℃

安装散热器那面墙表面温度 ±0.5%℃

（二）参数测量

1、 温度测量

本实验利用四线制铂电阻温度计测量温度。先由8840A数字多用表测得电阻值，然后再根据计算公式（或查表）求出温度值。

2、 流量测量

采用质量法测量。用MP—4000型电子天平称出取样流体的质量，根据取样的间隔时间求出热媒的质量流量。

3、 温度与流量的测量范围

工况 流量G

进水 温度tg

出水 温度ta

空气 温度ta

标准G kg/h

95±2℃

75±2℃

20±1℃

G kg/h

80±3℃

tc±3℃

20±1℃

G kg/h

65±5℃

tc±5℃

20±1℃

由tg=95±2℃，tg-tc=20±2℃确定流量G，保持不变，分别测出tg=80±3℃、65±5℃相应的tc值。学生进行实验时，壁面参考点的温度可不测量。

4、 温度与流量测量精度

tg、tc、ta ±0.1℃

G ±0.5%

壁面温度 ±0.2℃

5、 散热器散热面积及质量测量

五、实验步骤

（一）系统启动前准备工作（由教师完成）

1、安装散热器；2、系统充水、排气；3、配点柜、控制接通电源；4、仪器仪表的调整。

（二）热媒（水）循环系统启动（见图1.2）

1.开启循环水泵1、流量计7浮子漂起；

2.启动低位水箱13和锅炉14的电热器5。

（三）检测小室空调系统启动（见图1.1）

1.启动风箱1及冷却塔风机16；

2.打开冷凝器11的供水阀14和循环泵13，待冷却水系统充满水后关闭阀14，打开冷却塔补水阀15；

3.开启制冷机并观察高、低压压力表的指示值；

4.开启空气加热器。

（四）自动控制系统投入

自控系统必须在热媒系统及检测小室空调系统正常运行后才能投入。

1、散热器入口水温控制

由电子调节器TA—012控制低位水箱13的电加热器5，及电子调节器TA—092和可控硅电压调整器ZK—03控制锅炉14的电加热器5，实现对入口水温的控制。

2、检测小室基准点空气温度控制

由XQCJ—400型自动平衡记录调节仪和可控硅电压调整器ZK—03等控制送风加热器了，实现对小室基准点空气温度的控制。

（五） 水量控制

靠手动调节阀门实现。

（六） 测量

当系统中温度、流量达到稳定后便可读数记录。每个工况连续读数1小时，每间隔10分钟读一次数。

（七） 停车

正好与启动系统的顺序相反。

1、加热器控制系统

先停电热器的控制仪表，后按下有关的控制按扭。

2、检测小室空调系统

先按下制冷机停止按扭，并随即关闭制冷机的吸气阀，待6～10分钟后，关闭风机及冷却水系统。

3、按下循环水泵停止按扭。

六、实验数据整理

（一）

根据测得的数据用*小乘法求（1—1）式中的系数a和b。

（二）求出热传系数K的计算式。

（三）求出△t=64.5℃时散热器金属热强度值q。

（四）计算△t=64.5、60.0、55.0℃的散热量Q，并与有关标准中给出的散热量进行比较。

散热器管道结垢后热阻增大导致传热系数增大

散热器的传热系数K(W/m 2·‘C):是指散热器内热媒的平均温度与室内气温相差为1度时，每平方米散热面积单位时间所传出的热量。该值与散热面积的乘积，再乘标准传热温差(64. 50C)就是该散热器的标准散热量。即Q=K·F·64.5.在散热面积一定的情况下，K值越大，则散热器的散热量就越大。K值为整个传热过程的综合系数(包括对流传热和辐射传热)，与散热器本身的特点和使用条件有关.如水流情况、内外表面情况等。

工作一定时间后，换热器表面产生的污垢会使换热器传热管管壁热阻增加，从而导致传热设备效率降低。换热器表面结垢无形中增加了管壁的厚度，由于换热器传热管壁的热导率较大，而水垢的热导率很小，这样就大大增加了换热器管壁的传热热阻，降低了换热器的传热效率，造成能量的大量浪费。