热对流！？原来是这么回事

在自然发生的热能交换过程中，热量都会由高温处向低温处传递，这种现象称为热传递。而热传递方式有热传导、热对流、热辐射三种。其中，热对流是指流体内部的分子运动，常发生在流体内部或流体和固体之间有温度差时。因为温度差会导致流体密度不同，当液体或气体受热时，体积膨胀使得密度减少，物质逐渐上升，原位置则由于周围温度低密度大的物质补充，此物质再受热上升，周围物质又来补充，如此循环将热量由流体传播到各处，即为热对流。

在热传学中，对流被分为自然对流与强制对流。自然对流是指在流体之间有温度差存在时产生的现象，例如，热空气上升冷空气下降（因为热空气密度较冷空气小所以会上升，反之冷空气密度较热空气大所以会下降）。强制对流是指当有外力推动（如通过泵或者风扇）流体导致的对流现象。例如：电风扇加热器，当风吹过加热元件时，空气就被加热。抑或当一个人对着食物吹气时，因为气体温度较低使得食物温度降低，使用的是强制对流。

热通量（Local heat flux）可记为

其中，h为热对流系数，h越高则热对流效果越佳。

而影响热对流系数的因素包括：流体运动状态（流速和方向）、流体的种类与其物理特性、热传固体的形状和表面状态等。以散热鳍片来说，鳍片间距较密的鳍片散热效果较好，但若鳍片间距太小，使得空气无法进入鳍片间进行热交换，则会降低散热效果，可通过热模拟的方式找出最佳的鳍片间距。

通常来说，10W以下的热源使用自然对流的方式，通过散热鳍片，配合外壳开孔增加空气对流即可解决，而10W以上热源则需要使用强制对流的方式进行散热。

 

作者

高柏研發工程團隊

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