熱對流!? 原來是這麼回事

自然發生的熱能交換過程中，熱量皆會由高溫處向低溫處傳遞，這種現象稱為熱的傳遞。而熱的傳遞方式有熱傳導、熱對流、熱輻射三種。其中熱對流是指流體內部的分子運動，常發生在流體內或流體和固體之間有溫度差時發生。因為溫度的差異會使得流體之間的密度不同，當液體或氣體物質受熱時，體積膨脹使得密度減少，物質逐漸上升，原位置則由於周圍溫度低密度大的物質補充之，此物質再受熱上升，周圍物質又來補充，如此循環將熱量由流體傳播到各處，即為熱對流。

在熱傳學中，對流被分為自然對流與強制對流。自然對流是指在流體之間有溫度差存在時產生的現象，例如，熱空氣上升冷空氣下降（因為熱空氣密度較冷空氣小所以會上升，反之冷空氣密度較熱空氣大所以會下降）。強制對流是指當有外力推動（如通過泵或者風扇）流體導致的對流現象。例如：電風扇加熱器，當風吹過加熱元件時，空氣就被加熱。抑或當一個人對著食物吹氣時，因為氣體溫度較低使得食物溫度降低，使用的是強制對流。

熱通量(Local heat flux )可記為

其中，h為熱對流係數，h越高則熱對流效果越佳。

而影響熱對流係數的因素包括：流體運動狀態(流速和方向)、流體的種類與其物理特性、熱傳固體的形狀和表面狀態等。以散熱鰭片來說，鰭片間距較密的鰭片散熱效果較好，但若鰭片間距太小，使得空氣無法進入鰭片間進行熱交換，則會降低散熱效果，可透過熱模擬的方式找出最佳的鰭片間距。

通常來說，10W以下的熱源使用自然對流的方式，透過散熱鰭片，配合外殼開孔增加空氣對流即可解決，而10W以上熱源則需要使用強制對流的方式進行散熱。

 

作者

高柏研發工程團隊

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