暖气片散热、产热效率计算公式
如何正确测算，暖气片产生热量，可采用如下正确而科学的计算方法，可以使用如下是我们选择金旗舰暖气片产品的科学依据。散热的最一般方法是把器件安装在暖气片上，散热板将热量辐射到周围的空气中去，以及通过自然对流来散发热量。一般地说，从暖气片到周围的空气的热流量（P）可由下例表示。
P=hA η△T式中h为暖气片总的传热导率（W/cm2℃） ,A为暖气片的表面积（cm2），η为暖气片效率，△T为暖气片的最高温度与环境温度之差（℃）。上式中h是由辐射及对流来决定，η是由暖气片的形成来决定。总之，暖气片的表面积越大，与环境温度之差越大，散热板的热量辐射越有效。
（1）暖气的辐射散热
下述近似式表示辐射散热：hr=2.3×10-11×ε（△T/2+237）3（W/cm2℃）式中ε是表面辐射率，随灰铸铁椭三柱暖气片的表面状况而变化。表面研磨光洁的产品ε=0.05~0.1也就是说辐射率极差。然而，暖（2）对流散热：功率器件安装在装置的框架上时，采用对流散热比辐射散热更有效。在一个大气压的空气中，采用对流暖气片的传导率近似地由下式表示。hc=4.3×10-4×（△T/H）1/4（W/cm2 ℃）式中，H是暖气片垂直方向长于水平方向更为有效，大家可以参考；国产各种暖气片产品的性能对比？ .
（2）关于暖气片产生热量的效率η
国内暖气片的行业标准规定，若用薄材料制成暖气片，则离热源越远，表面温度越低，散热效果也越差。上述公式是假定温度都是均在分布的，而实际上在散热板的边缘部位表面温度越低。这种由暖气片本身温度确定的系数就是暖气片效率，它表示散热板实际传递的热量与器材安装部位最高温度视为均匀分布时的热量之比。
η主要是由所用暖气片的材料大小与厚度来决定的。一般地说，热传导率高的材料如铝（2.12W/cm2 ℃）及铜（3.85W/cm2 ℃）而钢（0.46W/cm2 ℃）就相当差了。另外，暖气片的厚度以厚些为好，并以跟暖气片的长度平方成比例为最佳。
电热效率的计算方法 1.小明家的电热水壶的铭牌如图所示，在一个标准大气压下，该水壶正常工作时，用l0min 能将 2kg、10℃的水烧开。水的比热容c=4.2×103J／(kg．℃)(1)计算水吸收的热量；(2)计算消耗的电能；(3)水增加的内能比消耗的电能小多少?请结合物理知识，从节能的角度提一个合理化的建议。在一次课外活动中,某同学对家用电磁炉进行了相关的观察和研究,并记录了电磁炉及她家电能表的有关数据,如下表：请你根据这位同学在活动中获得的有关资料,解决下列问题： (1)电磁炉的功率； (2)电磁炉的热效率；(3)请你将(1)(2)中的求解结果与这位同学在活动中的有关数据进行比较，发现了什么新问题?并解释其原因，提出解决问题的办法。 1、使用电热水壶烧水，具有便捷、环保等优点。如图是某电热水壶的铭牌，假设电热水壶的电阻保持不 3 变，已知水的比热容为 c 水=4.2×10 J/(kg·℃)。（1）电热水壶的额定电流和电阻分别是多少？ （2）1 标准大气压，将一壶质量为 0.5kg、温度为 20℃的水烧开，需要吸收多少热量？ （3）在额定电压下，要放出这些热量，该电热水壶理论上需要工作多长时间？ （4）使用时发现：烧开这壶水实际加热时间大于计算出的理论值，请分析原因。 2、如图是研究电流热效应的实验装置图。两个相同的烧瓶中均装入 0.1kg 的煤油，烧瓶 A 中电阻丝的阻值为 4Ω，烧瓶 B 中的电阻丝标识已看不清楚。当闭合开关，经过210s 的时间，烧瓶 A 中的煤油温度由 20℃升高到 24℃，烧瓶 B 中的煤油温度由 20℃升高到 22℃。假设电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，电 3 阻丝的阻值不随温度变化，电源电压保持不变。已知煤油的比热容 c＝2.1×10 J/（kg·℃）。求：（1）在此过程中烧瓶 A 中煤油吸收的热量； （2）烧瓶 B 中电阻丝的阻值； （3）电源的电压及电路消耗的总功率。 3、如图是同学家新买的一台快速电水壶，这台电水壶的铭牌如下表． 为了测量该电水壶烧水时的实际功率，同学用所学知识和爸爸合作进行了如下实验：关掉家里所有用电器，将该电水壶装满水，接入家庭电路中，测得壶中水从 25℃上升到35℃所用的时间是 50s，同时观察到家中“220V 10A 3200imp／(kW·h)”的电子式电能表耗电指示灯闪烁了 80imp．请根据相关信息解答下列问题．[c 水=4.2×10 J／(kg.℃)] (1)电水壶中水的质量； (2)电水壶烧水时的实际功率； (3)电水壶加热的效率； (4)通过比较实际功率与额定功率大小关系，简要回答造成这种关系的一种可能原因． 4、某电热水瓶的铭牌如下表所示．若热水瓶内装满水，在额定电压下工作(外界大气压强为 1 个标准大气压)
热阻计算 一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。 一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc， P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。 一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算。适用公式：Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。 同样以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度，又要消耗1.5W的功率，还要保证结温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是： Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja，厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到： 25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！ 还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据，是在焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。
单位时间内锅炉有效利用热量占锅炉输入热量的百分比，或相应于每千克燃料(固体和液体燃料)，或每标准立方米(气体燃料)所对应的输入热量中有效利用热量所占百分比为锅炉热效率，是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理水平。锅炉的热效率的测定和计算通常有以下两种方法： 1．正平衡法 用被锅炉利用的热量与燃料所能放出的全部热量之比来计算热效率的方法叫正平衡法，又叫直接测量法。正平衡热效率的计算公式可用下式表示： 热效率＝有效利用热量/燃料所能放出的全部热量*100％ ＝锅炉蒸发量*（蒸汽焓－给水焓）/燃料消耗量*燃料低位发热量*100％ 式中锅炉蒸发量——实际测定，kg/h； 蒸汽焓——由表焓熵图查得，kJ／kg； 给水焓——由焓熵图查得，kJ／kg； 燃料消耗量——实际测出，kg/h； 燃料低位发热量——实际测出，kJ／kg。 上述热效率公式没有考虑蒸汽湿度、排污量及耗汽量的影响，适用于小型蒸汽锅炉热效率的粗略计算。 从上述热效率计算公式可以看出，正平衡试验只能求出锅炉的热效率，而不能得出各项热损失。因此，通过正平衡试验只能了解锅炉的蒸发量大小和热效率的高低，不能找出原因，无法提出改进的措施。 2．反平衡法 通过测定和计算锅炉各项热量损失，以求得热效率的方法叫反平衡法，又叫间接测量法。此法有利于对锅炉进行全面的分析，找出影响热效率的各种因素，提出提高热效率的途径。反平衡热效率可用下列公式计算。 热效率＝100％－各项热损失的百分比之和 ＝100％－q2－q3－q4－q5－q6 式中q2——排烟热损失，％； q3——气体未完全燃烧热损失，％； q4——固体未完全燃烧热损失，％； q5——散热损失，％； q6——灰渣物理热损失，％。 大多时候采用反平衡计算，找出影响热效率的主因，予以解决。
灯珠结温和散热面积计算理论 灯珠结温和散热面积计算理论 一、基础理论 大功率LED的散热问题： LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是
150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。 另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。 K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了；TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。 大功率LED的散热路径. 大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。 大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，所示。这是一种最简单的散热结构。热是从温度高处向温度低5其正反面图形如图 处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜
散热器的选型与计算 以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W
总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。 散热计算 任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散
1兆帕(MPa)=10巴(bar)=9.8大气压(atm)约等于十个大气压,1标准大气压=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.336m水柱约等于十米水柱,所以1MPa大约等于100米水柱，一公斤相当于10米水柱 水的汽化热为40.8千焦/摩尔,相当于2260千焦/千克.一般地：使水在其沸点蒸发所需要的热量五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需要的热量. 一吨水=1000千克每千克水2260千焦 1000千克就是2260 000千焦 1吨蒸汽相当于60万千卡/1吨蒸汽相当于64锅炉马力/1锅炉马力相当于8440千卡热。 用量是70万大卡/H 相当于1.17吨的锅炉 以表压力为零的蒸汽为例，每小时产一吨蒸汽所具有的热能，在锅内是分两步吸热获得的，第一步是把20度的一吨给水加热到100度的饱和水所吸收的热能，通常这部分热能为显热，其热能即为1000×（100－20）=8万/千卡时。 第二步则是将已处于饱和状态的热水一吨加热成饱和蒸汽所需要吸收的热能，这部分热为潜热，其热能即为1000×539=53.9万/千卡时。 把显热和潜热加起来，即是一吨蒸汽（其表压力为零时）在锅内所获得的热能， 即：53.9＋8=61.9万/千卡时。这就是我们通常所说的蒸汽锅炉每小时一吨蒸发量所具有的热能，相当于热水锅炉每小时60万/大卡的容量。 天然气热值 天燃气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡，1千卡/1大卡/1000卡路里（kcal）=4.1868千焦（kJ），所以每立方米燃烧热值为33494.4—35587.8KJ 产地、成分不同热值不同，大致在36000~40000kJ/Nm3，即每一标准立方米天然气热值约为36000至40000千焦耳，即36~40百万焦耳。 天燃气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡，1千卡/1大卡/1000卡路里（kcal）=4.1868千焦（kJ），所以每立方米燃烧热值为33494.4—35587.8KJ。而1度=1kW*h=3.6*10^6J=3.6*10^3KJ。即每立方燃烧热值相当于9.3—9.88度电产生的热能， 3.83<1.07*9.3 OR 9.88 天然气价格： 天然气的主要成分是甲烷,分子式是CH4,分子量是12+4*1=16. 在1标准大气压下,1mol气体的体积是22.4升,1立方米的气体有
第8章 损耗与散热设计 开关电源是功率设备，功率元器件损耗大，损耗引起发热，导致元器件温度升高，为了使元器件温度不超过最高允许温度，必须将元器件的热量传输出去，需要散热器和良好的散热措施，设备的体积重量受到损耗限制。同时，输出一定功率时损耗大，也意味着效率低。 8.1热传输 电子元器件功率损耗以热的形式表现出来，热能积累增加元器件内部结构温度，元器件内部温度受最高允许温度限制，必须将内部热量散发到环境中，热量通过传导、对流和辐射传输。当损耗功率与耗散到环境的功率相等时，内部温度达到稳态。 1. 传导 传导是热能从一个质点传到下一个质点，传热的质点保持它原来 的位置的传输过程，如图8-1固体内的热传输。热量从表面温度为T 1 的一端全部传递到温度为T 2的另一端，单位时间传递的能量，即功 率表示为 T R T l T T A P ?=-= )(21λ （8-1） 式中 A l R T λ= （8-2） 称为热阻（℃/ W ）；l －热导体传输路径长度(m)；A －垂直于热传输路径的导体截面积(m 2)；λ－棒材料的热导率(W/m ℃)，含90%铝的热导率为220W/ m ℃，几种材料的热导率如表8-1所示;ΔT ＝T 1－T 2温度差(℃)。 例：氧化铝绝缘垫片厚度为0.5mm ，截面积2.5cm 2，求热阻。 解：由表8-1查得λ＝20 W/m ℃，根据式（8-2）得到 3 4 0.5100.120 2.510t R --?==??℃/ W 式（8-1）类似电路中欧姆定律：功率P 相当于电路中电流，温度差;ΔT 相当于电路中电压。 半导体结的热量传输到周围空气必然经过几种不同材料传输，每种材料有自己的热导率，截面积和长度，多层材料的热传输可以建立热电模拟的热路图。图8-2是功率器件由硅芯片的热传到环境的热通路(a)和等效热路(b)。由结到环境的总热阻为 sa cs jc js R R R R ++= （8-3） 上式右边前两个热阻可以按式（8-2）计算，最后一项的热阻在以后介绍的方法计算。如果功率器件损耗功率为P ，则结温为 a sa cs jc j T R R R P T +++=)( （8-4） 式中R jc ， R cs 及R sa 分别表示芯片结到管壳，管壳到散热器和散热 器到环境热阻。除了散热器到环境的热阻R sa 外，其余两个热阻可以按式(8-2)计算。 (a) (b) 图8-2功率器件热传输和等效热路图
热传导计算 随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。 如图 1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。 表征热传导过程的物理量
在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中，总热阻R为： R="R1"+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R (6)
火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。 热电厂经济指标释义与计算 1.发电量:电能生产数量的指针。即发电机组产出的有功电能数量。计算单位：万千瓦时（1×104kwh） 2．供电量:发电厂实际向外供出电量的总和。即出线有功电量总和。计算单位：万千瓦时（1×104kwh） 3．厂用电量:厂用电量＝发电量－供电量单位：万千瓦时（1×104kwh） 4．供热量:热电厂发电同时，对外供出的蒸汽或热水的热量。计量单位：GJ 5.平均负荷:计算期内瞬间负荷的平均值。计量单位：MW 6．燃料的发热量:单位量的燃料完全燃烧后所放出的热量成为燃料的发热量，亦称热值。计算单位：KJ/Kg。 7.燃料的低位发热量:单位量燃料的最大可能发热量（包括燃烧生成的水蒸气凝结成水所放出的汽化热）扣除水蒸汽的汽化热后的发热量。计量单位：KJ/Kg。 8.原煤与标准煤的折算总和能耗计算通则（GB2589-81）中规定：低位发热量等于29271kj （7000大卡）的固体燃料，称为1kg标准煤。标准煤是指低位发热量为29271kj/kg的煤。不同发热量下的耗煤量（原煤耗）均可以折算为标准耗煤量，计算公式如下：标准煤耗量（T）＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/标准煤低位发热量＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/29271 9．燃油与标准煤、原煤的换算低位发热量等于41816kj（10000大卡）的液体燃料，称为
一、锅炉热效率计算 10.1 正平衡效率计算 10.1.1输入热量计算公式： Qr=Qnet,v,ar+Qwl+Qrx+Qzy 式中: Qr__——输入热量； Qnet,v,ar ——燃料收到基低位发热量； Qwl ——加热燃料或外热量； Qrx——燃料物理热； Qzy——自用蒸汽带入热量。 在计算时，一般以燃料收到基低位发热量作为输入热量。如有外来热量、自用蒸汽或燃料经过加热（例： 重油）等，此时应加上另外几个热量。 10.1.2饱和蒸汽锅炉正平衡效率计算公式： 式中：η1——锅炉正平衡效率； Dgs——给水流量； hbq——饱和蒸汽焓； hgs——给水焓； γ——汽化潜热； ω——蒸汽湿度； Gs——锅水取样量（排污量）； B——燃料消耗量； Qr_——输入热量。 10.1.3过热蒸汽锅炉正平衡效率计算公式： a. 测量给水流量时： 式中：η1——锅炉正平衡效率； Dgs——给水流量； hgq——过热蒸汽焓； hg——给水焓； γ——汽化潜热； Gs——锅水取样量（排污量）； B——燃料消耗量； Qr——输入热量。 b. 测量过热蒸汽流量时： 式中：η1——锅炉正平衡效率； Dsc——输出蒸汽量； Gq——蒸汽取样量； hgq——过热蒸汽焓； hgs——给水焓； Dzy——自用蒸汽量；
hzy——自用蒸汽焓； hbq——饱和蒸汽焓； γ——汽化潜热； ω——蒸汽湿度； hbq——饱和蒸汽焓； Gs——锅水取样量（排污量）； B——燃料消耗量； Qr——输入热量。 10.1.4 热水锅炉和热油载体锅炉正平衡效率计算公式 式中：η1——锅炉正平衡效率； G——循环水(油)量； hcs——出水(油)焓； hjs——进水(油)焓； B——燃料消耗量； Qr——输入热量。 10.1.5电加热锅炉正平衡效率计算公式 10.1.5.1电加热锅炉输-出饱和蒸汽时公式为： 式中：η1——锅炉正平衡效率； Dgs——给水流量； hbq——饱和蒸汽焓； hgs——给水焓； γ——汽化潜热； ω——蒸汽湿度； Gs——锅水取样量（排污量）； N——耗电量。 10.1.5.2电加热锅炉输-出热水(油)时公式为： 式中：η1——锅炉正平衡效率； G——循环水(油)量； hcs——出水(油)焓； hjs——进水(油)焓； B——燃料消耗量； Qr_——输入热量 二、锅炉结焦的危害、原因及预防方法是什么? 在炉子的燃烧中心，火焰温度高达1450～1600℃，因此煤灰基本上处于溶化状态。当与受热面碰撞后，溶渣就会粘附在管道或炉墙上，这就叫结焦。 如果炉内结了焦，炉膛部分的吸热量就要减少,到过热器部分的烟温就会增高，而造成个别管子的外壁温度超过它的允许范围，引起爆管，同时还会使主汽温度超温。结焦严重时，会使吸热量的减少而减负荷，甚至停炉。结焦还会使排烟热损失q2和机械热损失q4及风机耗电增加。
征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:
T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载
1.“热得快”是一种插在保温瓶中烧开水的家用电器，你利用课内学过的仪器，设计一个测定“220V 1000W”“热得快”的热效率的方案，要求： （1）写出所需器材、测量步骤及操作中为了减小误差而需注意的事项； （2）用字母代表物理量，写计算“热得快”热效率的公式．（设测量时照明电路电压为220伏） 考点：能量利用效率．专题：实验题；简答题；设计与制作题．分析：要解决此题，需要知道“热得快”的热效率是热得快有效利用的热量与所消耗电能的比值． 有效利用的热量是水吸收的热量，要掌握热量的计算公式Q=cm△t，同时要知道消耗的电能的计算公式W=Pt．根据所需测量的物理量选择合适的工具．根据热效率的概念得出热效率的计算公式． 解答：解：（1）需要用热得快加热水，所以要用到水，为了减少热量的散热损失，需要用到保温瓶．根据公式Q=cm△t，要用温度计测量温度，用天平测量水的质量． 根据公式W=Pt，还要用手表测量加热所用的时间． 用到器材：水、保温瓶、湿度计、手表． 测量步骤：①用天平测出一质量为m的水，装入保温瓶；②用温度计测出水的初温t0；③开始加热，同时计时；④经过一定时间t1后，测出水的末温t；⑤利用效率的公式代入数据求出“热的快”的效率． 2.（2008?宜昌）电磁炉是一种新型灶具，如图所示是电磁炉的原理图：炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时会产生磁场，这个变化的磁场又会引起电磁炉上面的铁质锅底内产生感应电流（即涡流），涡流使锅体铁分子高速无规则热运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而迅速使锅体及食物的温度升高．所以电磁炉煮食的热源来自于锅具本身而不是电磁炉本身发热传导给锅具，它是完全区别于传统的靠热传导来加热食物的厨具．请问： （1）电磁炉与普通的电炉相比，谁的热效率更高？为什么？ （2）某同学用功率为2000W的电磁炉，将1㎏初温为25℃的水加热到100℃，需要的时间为2分55秒，则消耗的电能是多少？电磁炉的热效率是多少？（水的比热容为4.2×103J/（kg?℃）） 考点：能量利用效率；热量的计算；电功的计算．专题：计算题；应用题；信息给予题；推理法． 分析：（1）电磁炉煮食的热源来自于锅具本身而不是电磁炉本身发热传导给锅具，它是完全区别于传统的靠热传导来加热食物的厨具，热散失少，电磁炉的热效率更高； （2）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量（有用能量）；知道电磁炉的电功率和加热时间，利用W=Pt求消耗的电能（总能量），再利用效率公式求电磁炉的热效率． 解：（1）因为电磁炉是利用锅体本身发热来加热食物，没有炉具向锅体传热的过程，热散失少，所以电磁炉的热效率更高； （2）加热水消耗的电能： 答：（1）电磁炉与普通的电炉相比，电磁炉的热效率更高； （2）消耗的电能是3.5×105J，电磁炉的热效率是90%． W=Pt=2000W×175s=3.5×105J， 水吸收的热量： Q吸=cm水△t =4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃-25℃） =3.15×105J， 3、电热沐浴器的额定电压为220V,水箱里装有50㎏的水,正常通电50min,观察到沐浴器上温度示数由20℃上升到46.4℃.求: （1）在加热过程中,水吸收的热量是多少?【C水=4.2×103J/（Kg·℃）】 （2）若沐浴器内的发热电阻产生的热量由84℅被水吸收,那么发热电阻的阻值多大?工作电路的电流多大? （3）请你说出热损失的一个原因,并提出减小热损失的相关建议.
散热器扩散热阻的计算 Accident? Consider the scenario where a designer wishes to incorporate a newly developed device into a system and soon learns that a heat sink is needed to cool the device. The designer finds a rather large heat sink in a catalog which marginally satisfies the required thermal criteria. Due to other considerations, such as fan noise and cost constraints, an attempt to use a smaller heat sink proved futile, and so the larger heat sink was accepted into the design. A prototype was made which, unfortunately, burned-out during the initial validation test, the product missed the narrow introduction time, and the project was canceled. What went wrong? The reasons could have been multi-fold. But, under this scenario, the main culprit could have been the spreading resistance that was overlooked during the design process. It is very important for heat sink users to realize that, unless the heat sink is custom developed for a specific application, thermal performance values provided in vendor's catalogs rarely account for the additional resistances coming from the size and location considerations of a heat source. It is understandable that the vendors themselves could not possibly know what kind of devices the users will be cooling with their products. Figure 1 - Normalized local temperature rise with heat sources of different size; from L to R, source area = 100%, 56%, 25%, 6%, of heat-sink area Introduction Spreading or constriction resistances exist whenever heat flows from one region to another in different cross sectional area. In the case of heat sink applications, the spreading resistance occurs in the base-plate when a heat source of a smaller footprin footprint area is mounted on a heat sink with a larger base-plate area. This results in a higher local temperature at the location where the heat source is placed. Figure 1 illustrates how the surface temperature of a heat sink base-plate would respond as the size of the heat source is progressively reduced from left to right with all other
附录E 太阳能集热器月平均集热效率计算方法 E.0.1 太阳能集热器月平均集热效率，应根据集热器瞬时效率方程（瞬时效率曲线）实际检测结果，按下式计算： η = η0-U ×(t i - t a ) / G 式中η—基于采光面积的集热器月平均集热效率（%）。 η0—基于采光面积的集热器瞬时效率曲线截距（%）。 （式E .0.1） U —基于采光面积的集热器瞬时效率曲线斜率[W/（m2·℃]。 t i —集热器工质进口温度（℃）。 t a —月平均环境空气温度（℃）。 G —月平均日总太阳辐照度（W/m2）。 (t i ?t a)/G—归一化温差[（℃·m2）/ W]。 E.0.2 归一化温差计算的参数选择，应符合下列原则： 1 月平均集热器工质进口温度应按下式计算： t i = t l/3+2 t i /3 式中：t i —集热器工质进口温度（℃）。 （式 E.0.2-1） t l —冷水计算温度（℃，取所在地统计数据）。 t r —热水设计温度（℃）。 2 月平均环境气温（应取项目所在地气象统计数据）。 3 月平均日总太阳辐照度应按下式计算： G =J T ×1000 /(S y ×3.6) （式E.0.2-2） 式中：G —月平均日集热器采光面上的总太阳辐照度（W/m2）。 J T—月平均日太阳辐照量[MJ/（m2·d）]。 Sy—月平均日照小时数(h/d)。
附录F 太阳能热水系统热性能快速检测方法 F.1 一般规定 F.1.1 本方法适用于晴天条件下对采用平板或真空管太阳能集热器构成的太阳能集中、以及分户储热水箱为闭式承压水箱的太阳能集中—分散和分散太阳能热水系统的日热水温升快速检测。 F.1.2 太阳能热水系统热性能快速检测内容应包括： 1 集热器类型，是否带反光板；总采光面积，总面积。 2 储热水箱规格，数量，有效水量。 3 无辅助热源补充条件下的太阳能热水系统日热水温升。 F.1.3 同一类型的太阳能热水系统，系统抽检量不应少于1%的该类型系统总数量，且不得少于1套。 F.1.4 对太阳能集中—分散供热水系统的检测，至少应含对集中供热水主管近端、远端和中间区域各1处分户储热水箱日热水温升的检测。 F.1.5 检测应在系统完成调试和试运行后进行。检测期间，太阳能热水系统平均供热负荷率不应小于50%，储热水箱有效容水量应大于等于设计日产水量的95%。 F.1.6 检测期间，不得有冷水注入系统；辅助加热设备不得启用；系统中的防冻用自限式电热带和其它常规热源补热设备不得启用。 F.1.7 温度测量仪表最大允许误差应小于等于0.2℃，分辨率应小于等于 0.1℃。 F.1.8 检测应在晴好天气下进行。检测时长冬季宜不少于6 小时，夏季宜不少于8 小时。 F.2 检测步骤 F.2.1 太阳能集中供热水系统的检测应按以下步骤进行： 1 在水箱水位有效高度的1/6H、1/2H、5/6H 处，布置水温测点（应注意避免使测量水温的温度传感器与水箱壁接触）。
热效率通用公式 对锅炉而言，影响煤耗的因素主要有三类：煤质、运行工况和锅炉自身热效率。查找煤耗偏高的原因，需要对各影响因素进行定量测定分析。测定锅炉热效率，通常采用反平衡试验法。本文对此方法进行了介绍，并简化了计算过程，可用于日常锅炉效率监控。 1 反平衡法关键参数的确定 众所周知，反平衡法热效率计算公式为： η = 100-（q2+q3+q4+q5+q6） 计算的关键是各项热损失参数的确定。 1.1 排烟热损失q2 排烟热损失q2是由于锅炉排烟带走了一部分热量造成的热损失，其大小与烟气量、排烟与基准温度、烟气中水蒸汽的显热有关。我厂燃煤介于无烟煤和贫煤之间，计算q2可采用如下简化公式： q2 =（3.55αpy+0.44）×（tpy-t0）/100 式中，αpy——排烟处过量空气系数，我厂锅炉可取为1.45 tpy——排烟温度，℃ t0 ——基准温度，℃ 1.2 化学不完全燃烧热损失q3 化学不完全燃烧热损失q3是由于烟气中含有可燃气体CO造成的热损失，主要受燃料性质、过量空气系数、炉内温度和空气动力状况等影响，可采用下列经验公式计算： q3 =0.032αpy CO×100% 式中，CO——排烟的干烟气中一氧化碳的容积含量百分率，% 我厂锅炉q3可估算为0.5%。 1.3 机械未完全燃烧热损失q4 机械未完全燃烧热损失q4主要是由锅炉烟气带走的飞灰和炉底放出的炉渣中含有未参加燃烧的碳所造成的，取决于燃料性质和运行人员的操作水平，简化计算公式为： Q4 =337.27×Aar×Cfh/[ Qnet.ar×(100-Cfh)] 式中，Aar——入炉煤收到基灰分含量百分，% Cfh——飞灰可燃物含量，% Qnet.ar——入炉煤收到基低位发热量，kJ/kg 1.4 散热损失q5 散热损失q5是锅炉范围内炉墙、管道向四周环境散失的热量占总输入热量的百分率，计算公式为： Q5 =5.82×De0.62/D 式中，De——锅炉的额定负荷，t/h D ——锅炉的实际负荷，t/h 1.5 灰渣物理热损失q6 灰渣物理热损失q6包括灰渣带走的热损失和冷却热损失。我厂锅炉为固态除渣炉，且燃料的灰分含量Aar 电源功率器件散热器计算 一、7805 设计事例 设I=350mA，Vin=12V，则耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W，温升是132℃，设室温25℃，那么 将会达到7805 的 热保护点150℃，7805 会断开输出。 二、正确的设计方法是： 首先确定最高的环境温度，比如60℃，查出民品7805 的最高结 温 Tj(max)=125℃，那么允许的温升是65℃。要求的热阻是 65℃/2.45W=26℃/W。 再查7805 的热阻，TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W， TO-3 封装（也就是大家说的“铁壳”）的热阻θJA=39℃/W，均 高于要求值，都不能使用（虽然达不到热保护点，但是超指标使用还 是不对的）,所以不论那种封装都必须加散热片。资料里讲到加散热片 的时候，应该加上4℃/W 的壳到散热片的热阻。 计算散热片应该具有的热阻也很简单，与电阻的并联一样，即 54//x=26， x=50℃/W。其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足。 三、散热片尺寸设计 散热片计算很麻烦的，而且是半经验性的，或说是人家的实测结果。 基本的计算方法是: 1.最大总热阻θja ＝（器件芯的最高允许温度TJ －最高环境 温度 TA ）/ 最大耗散功率 其中，对硅半导体，TJ 可高到125℃，但一般不应取那么高，温度太高会降 低可靠性和寿命。 最高环境温度TA 是使用中机箱内的温度，比气温会高。 最大耗散功率见器件手册。 2.总热阻θja＝芯到壳的热阻θjc ＋壳到散热片的θcs ＋散热片到环 境的θsa 其中，θjc 在大功率器件的DateSheet 中都有，例如3---5 θcs对TO220 封装，用2 左右，对TO3 封装，用3 左右，加导热硅脂后， 该值会小一点，加云母绝缘后，该值会大一点。 散热片到环境的热阻θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系，作为 参考，给出一组数据例子。 a.对于厚2mm 的铝板，表面积（平方厘米）和热阻（℃/W）的对应关系是： 中间的数据可以估计了。 我用7805 7810如何计算散热片尺寸？ 以7805为例说明问题。 设I=350mA，Vin=12V，则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W，温升是132℃，设室温25℃，那么将会达到7805的热保护点150℃，7805会断开输出。 正确的设计方法是： 首先确定最高的环境温度，比如60℃，查出民品7805的最高结温TJMAX=125℃，那么允许的温升是65℃。要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W。再查7805的热阻，TO-220封装的热阻θJA=54℃/W，TO-3封装（也就是大家说的“铁壳”）的热阻θJA=39℃/W，均高于要求值，都不能使用（虽然达不到热保护点，但是超指标使用还是不对的）。所以不论那种封装都必须加散热片，资料里讲到加散热片的时候，应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻。 计算散热片应该具有的热阻也很简单，与电阻的并联一样，即54//x=26，x=50℃/W。其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足。 国产散热器厂家其实就是把铝型材做出来，然后把表面弄黑。热阻这种最基本的参数他们恐怕从来就没有听说过。如果只考虑散热功率芯片的输入输出电压差X电流是芯片的功耗，这就是散热片的散热功率。元器件的面积的1.8倍就可以 三极管散热有关 电力电子有关_网摘 2008-07-12 19:34 阅读96 评论0 字号：大中小 一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca表示外壳至空气的热阻。一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc，P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。举个实例：一、三级管2N5551 规格书中给出25度(Tc)时的功率是1.5W(P)，Rjc是83.3度/W。此代入公式有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出Tj为150度。芯片最高温度一般是不变的。所以有Tc=150-Ptc*83.3，其中Ptc表示温度为Tc时的功耗。假设管子的功耗为1W，那么，Tc=150-1*83.3=66.7度。注意，此管子25度(Tc)时的功率是1.5W，如果壳温高于25度,功率就要降额使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。我们可以用公式来验证这个结论。假设温度为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-电源功率器件散热器计算
计算散热片面积
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