翅片式散热器的散热效率

根据广义牛顿黏性定律可知，流体在面积相等的两固定平板间流动时，所受到的流动阻力与两平板之间的距离成反比，与平板的面积以及流体在平板之间的流动速度成正比。同理，空气在翅片式散热器中流动的模型可近似看成一定流体在两平行平板之间的流动，理论上，空气的流动阻力越小，空气和散热翅片之间的接触面积越大，散热器的散热性能就越好。但是需要注意的是，当空气与散热翅片之间的接触面积变大时，其在翅片之间的流动阻力也会相应变大，如此则不利于空气在翅片间的流动，所以，空气和散热翅片之间的接触面积并不是越大越好。

传统翅片散热器翅片的垂直截面形状为矩形，相邻翅片间距沿翅片高度方向恒定，空气与翅片的接触面积较小，所以此种翅片在一定程度上不利于散热。受牛顿黏性定律启发，在与传统矩形垂直截面形状翅片的对比下，在实际项目的基础上探究了翅片截面形状分别为三角函数曲线、二次曲线、椭圆形曲线、三角形曲线的翅片式散热器在强迫对流条件下的散热效果，并通过对比其散热性能和材料损耗，筛选出最佳的翅片散热器。同矩形翅片相比，其他四种翅片相邻翅片间距沿翅片高度方向增加，且与空气的接触面积更大，其接触面积从大到小依次为椭圆形翅片、二次函数翅片、三角函数翅片、三角形翅片、矩形翅片。

在一定范围内，空气在翅片间的流动阻力随着翅片的间距增大而减小，流动速度也随之减小，这有利于空气将翅片上的热量及时带到环境中去，从而提高翅片的散热效率。但当空气的流动速度增大到一定程度后，这反而会造成空气与翅片之间的热交换不充分，流动阻力也会相应变大，空气还没有和翅片进行充分的热交换就流动到了环境中，导致散热器的散热效率反而下降。因此，翅片间距与散热器的散热效率并非是线性关系。同理，接触面积越大，翅片和空气之间的换热面积就越大，就越有利于散热器散热性能的提升。但是当翅片和空气之间的接触面积增大时，空气的流动阻力也会相应变大，不利于提高散热器的散热效率，即接触面积和散热器的散热效率也并非线性关系。当翅片的整体尺寸和翅片数目相同时，矩形翅片的材料损耗最大，经济性明显不如上述其他四种散热器。

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