自然对流关键设置

40 农机使用与维修2018年第4期自然对流式冷却系统的结构原理与使用要点徐启云(黑龙江省农垦牡丹江管理局农机安全监理站，黑龙江密山158308)摘要：冷却系统技术状态的好坏，对拖拉机使用性能有很大影响。

重点讲述了自然对流式冷却系统的结构特 点、工作原理与使用要点，以提高拖拉机的使用性能。

关键词:拖拉机;冷却系统；结构原理;使用要点中图分类号：S219.02 文献标识码：A doi：10.14031/ki. njwx.2018.04.029拖拉机的冷却系统虽然是发动机的辅助系统,但在保 证发动机正常工作中起着重要的作用。

自然对流式冷却 系统是小型拖拉机冷却系统的一种,因对其结构原理不了 解,往往给使用与维修带来困难，下面我们重点谈一谈自 然对流式冷却系统的结构特点、工作原理与使用要点，以帮助广大用户解决一些实际难题。

根据冷却水散热方式不同，小型拖拉机冷却系统分为 蒸发式、自然对流式和强制循环式三种。

其特点如下：蒸发式水冷却系统:汽缸体与汽缸盖水套和水箱直接 相通，水箱口敞开通大气，冷却水吸收受热零部件的热量 后变为蒸气，并由水蒸气把热量散发到大气中去。

这种冷 却方式不太可靠，冷却效果差，水消耗大，需有较大水箱，工作中要经常加水。

自然对流式水冷却系统:利用冷却水的温差所产生的 水的自然对流来实现循环，即利用热水上浮，冷水下沉特 性达到散热目的。

与蒸发式水冷却系统相比，耗水量少，无需频繁加水，使用起来甚为方便。

自然对流式水冷却系 统的散热能力虽不及强制式水冷系统。

但对于小四轮拖 拉机来说，其散热能力是能够满足使用要求的，然而它的 构造却比强制水冷简单得多。

强制循环式:利用水泵迫使冷却水在水套和散热器之 间不断地进行循环达到散热目的。

主要由散热器、水栗、风扇、节温器、水温表等组成。

散热器下部温度较低的冷 却水，依靠水泵泵人缸体和缸盖水套，吸收热量后水温升 高，再经过节温器，根据水温高低，使冷却水或者流向散热 器散热冷却循环，或者流回水泵再次参加循环，或者两种 循环同时进行。

如何在家中实现自然的空气对流在家中，如果能够实现自然的空气对流，不仅能够提高居住环境的舒适度，还能促进室内空气的流通和新鲜度，从而改善人们的居住健康。

下面我将从不同的角度出发，分享一些实现自然的空气对流的方法。

一、充分利用窗户窗户是实现自然的空气对流的最佳方式之一。

在家中想要实现自然的空气对流，首先应该充分利用窗户。

正确打开窗户的方式是将窗户打开到一定角度，让自然的风吹进室内。

在打开窗户的时候，应该选择均匀的位置，避免一侧风大一侧风小的情况发生。

并且，建议在有风的天气打开窗户，这样自然的空气对流能够更加顺利地实现。

二、选择合适的通风器具除了窗户，我们还可以选择合适的通风器具来帮助实现自然的空气对流。

例如，电风扇和吊扇都是常见的通风器具。

在使用电风扇和吊扇的时候，应该注意通风器具的摆放位置。

最好将通风器具放在有窗户的地方，让自然的风和通风器具产生共振，从而实现更加顺畅的空气对流。

此外，通风器具的使用时间也应该合理控制，避免过度使用影响家庭能源消耗。

三、优化家具布局家具的布局也是实现空气对流的一个重要因素。

我们应该避免家具的摆放阻碍了自然的空气对流。

例如，如果沙发摆放在窗户前面，就会阻碍自然的空气对流。

此外，我们还可以通过合理地设置家具的间隔距离和高度，来优化家具的布局，使室内空气更加流畅。

四、增加绿植绿植在家庭中不仅能够起到美化环境和净化空气的作用，还能促进自然的空气对流。

因为绿植能够吸收二氧化碳，释放氧气，从而改善室内空气质量。

除了室内养植，我们还可以选择在窗户外设置绿植，这样不仅能够遮阳，还能够增加自然风的阻力，从而达到更好的空气对流效果。

综上所述，实现自然的空气对流是家庭中非常重要的一项工作。

我们可以通过充分利用窗户、选择合适的通风器具、优化家具布局和增加绿植等方式来实现空气对流。

希望大家可以从今天开始，尝试实践这些方法，让家庭空气更加清新舒适。

fluent自然对流边界设置Fluent自然对流边界设置自然对流是指在流体中，由于温度差异而产生的自发对流现象。

在工程领域中，对流现象经常出现在流体传热和流体力学的问题中。

为了准确模拟和预测这些现象，需要使用专业的软件工具，如Fluent，来进行数值模拟和仿真分析。

在Fluent中，设置自然对流边界条件是模拟自然对流现象的关键步骤之一。

对于自然对流现象，边界条件的设置对模拟结果具有重要影响。

在Fluent中，可以通过设置边界类型、温度和传热系数等参数来模拟自然对流现象。

以下将详细介绍如何在Fluent中设置自然对流边界条件。

在Fluent中选择合适的边界类型。

对于自然对流现象，通常使用壁面边界条件来模拟。

壁面边界条件可以分为两种类型：绝热壁面和恒温壁面。

对于绝热壁面，边界上的温度梯度为零；对于恒温壁面，边界上的温度保持恒定。

根据具体问题的要求，选择合适的壁面边界条件。

设置边界的温度。

在Fluent中，可以通过直接输入温度值或者通过函数来设置边界的温度。

对于自然对流现象，边界的温度通常是随着时间变化的。

因此，可以通过定义一个函数来描述边界温度随时间的变化规律。

在Fluent中，可以选择不同的函数类型，如线性函数、指数函数、正弦函数等，来描述边界温度的变化规律。

设置边界的传热系数。

传热系数是描述对流传热能力的重要参数。

在Fluent中，可以通过设置边界的传热系数来模拟自然对流现象中的传热过程。

传热系数可以是一个常数，也可以是一个随时间变化的函数。

根据具体问题的要求，选择合适的传热系数。

除了上述的基本设置外，Fluent还提供了许多高级选项来进一步调节对流边界条件的模拟效果。

例如，可以设置边界的湍流模型、湍流强度和壁面辐射等参数，以更准确地模拟自然对流现象。

在进行自然对流边界条件设置时，还需要注意一些常见的问题。

首先，边界条件的选择应根据具体问题的要求来确定，不能盲目选择；其次，边界的温度和传热系数应根据实际情况进行合理设定，不要过分追求模拟结果的精确性；最后，需要不断验证和调整模拟结果，以提高模拟的准确性和可靠性。

fluent自然对流边界设置自然对流边界是流体力学研究中的一个重要概念，它描述了流体在自由流动的情况下受到的外部约束。

在流体流动过程中，边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性起着关键作用。

而Fluent作为一种流体动力学仿真软件，可以有效地模拟和研究自然对流边界的行为。

在Fluent中，自然对流边界主要通过设置壁面的热传导和对流传热条件来实现。

热传导是指热量通过固体表面的直接传导而导致的热交换，而对流传热则是指热量通过流体的运动而导致的热交换。

在自然对流边界中，流体的自由流动会引起温度场的变化，并且会产生对流传热，从而影响流体的运动和热传导。

在设置自然对流边界时，需要注意以下几个方面。

首先，需要根据具体的流体流动情况选择适当的边界类型。

对于自然对流边界来说，通常会选择定温或定热流边界条件。

其次，需要根据实际情况设置边界的温度或热流量。

这一点非常关键，因为温度或热流量的设置会直接影响到流体的温度场和流动特性。

此外，还需要考虑到流体的物性参数，如密度、热导率和比热容等，以便更准确地描述流体的行为。

在Fluent中，可以通过设置边界条件来实现自然对流边界的模拟。

首先，需要选择相应的流动模型，如雷诺平均Navier-Stokes方程或湍流模型等。

然后，可以通过设置壁面的热传导和对流传热条件来模拟自然对流边界的行为。

在设置热传导条件时，可以根据实际情况选择固体的热导率和定温或定热流边界条件。

在设置对流传热条件时，可以选择合适的湍流模型和边界层参数，以描述流体的运动和热交换过程。

在模拟自然对流边界时，还需要注意一些常见的问题和挑战。

首先，由于自然对流边界涉及到流体的运动和热传导过程，因此需要考虑流体的不可压缩性和非定常性等因素。

其次，由于自然对流边界常常涉及到边界层和湍流等复杂现象，因此需要选择合适的湍流模型和边界层参数，以准确描述流体的行为。

此外，还需要注意模拟结果的收敛性和稳定性，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

环境工程原理中自然对流的概念自然对流，顾名思义，就是自然界里空气、水或者其他流体在没有外力推动下自己流动的现象。

想象一下，炎热的夏天，你打开窗子，外面热气腾腾的，空气就像是炙热的铁板一样，而房间里的冷空气则像冰箱里的冻肉一样，待在那里一点也不动。

结果呢？不一会儿，热空气就“忍不住”了，朝窗户冲过去，带着一股无形的力量把室内的空气推向了角落。

再过一会儿，空气就会自发地在屋子里循环，冷的下沉，热的上升。

这就是自然对流的简单原理——热空气上升，冷空气下沉。

是不是特别像你在打麻将时，看别人摸牌和吃牌的那种感觉？热气像麻将里的“杠”，悄悄地推动着周围的气流，而冷气则是“东风”，在一旁等着出牌。

说起来，这个原理不仅仅是生活中的“表演”，它背后隐藏着科学的秘密。

在我们的生活中，这种现象到处可见。

比如说冬天你站在暖气旁边，虽然你不敢离暖气太近，但也能感觉到四周的空气开始变得热乎乎的。

这个时候，暖气就像个“大功率加热器”，不断地加热周围的空气，热空气就会“忍不住”往上跑，房间里的冷空气则像个“不速之客”，下沉去占领这个空白地带。

这种空气的流动，在无形中帮我们将热量均匀分布在整个房间里，温度变得更加舒适。

是不是觉得这些空气也挺“有自觉”的？它们完全没有人力驱动的帮助，自己就能根据温差运动起来。

你可能会好奇，这种看似简单的自然对流，背后其实有很多复杂的物理原理。

空气为什么要上升，冷空气又为什么会下沉呢？其实就是因为热空气比冷空气轻嘛！就像你在水里抛一块石头，石头沉下去，而水面就会涌上来。

热空气变轻，冷空气变重，这俩相互对立又相互吸引，就形成了对流现象。

而这个过程呢，谁也不需要动手，只是按照温度的不同自然流动。

所以，暖气不需要任何的“推手”，它就能通过自然对流把热气传遍整个房间，这可真是大自然的一大奇迹！有了这个现象，我们的生活会更加舒适。

比如你看到太阳升起，阳光照进窗子里，地面变得暖洋洋的，这时候地面的空气就变暖了，然后就开始向上流动。

Icepak是一种用于流体动力学仿真的软件工具，它被广泛应用于电子设备的设计和仿真过程中。

在电子设备中，热管理一直是一个非常重要的问题，而自然对流是一种常见的热传导方式。

在使用Icepak进行自然对流仿真时，需要考虑收敛标准，以确保仿真结果的准确性和可靠性。

1. 什么是自然对流？自然对流是指由于密度差异而产生的流体运动。

在自然对流中，热空气或液体由于受热膨胀变轻，上升到较冷的地方，冷空气或液体受冷收缩变重，下沉到较热的地方，从而形成了对流循环。

自然对流通常发生在密闭空间或靠近热源的地方。

2. Icepak自然对流收敛标准的重要性在使用Icepak进行自然对流仿真时，收敛标准是非常重要的。

收敛标准是指在仿真过程中，所设定的收敛条件。

当仿真结果满足了这些条件时，仿真过程就被认为是收敛的。

在自然对流仿真中，收敛标准的合理设置可以保证仿真结果的准确性和可靠性，而不合理的收敛标准设置可能导致仿真结果的不确定性和误差。

3. Icepak自然对流收敛标准的确定确定合理的自然对流收敛标准需要考虑多个因素。

需要考虑仿真对象的特性，包括几何形状、材料属性、边界条件等。

不同的仿真对象对自然对流的响应有所不同，因此需要根据具体情况确定合适的收敛标准。

还需要考虑仿真的时间和空间分辨率，以及所使用的数值方法和网格剖分。

这些因素都会影响自然对流的仿真结果，因此在确定收敛标准时需要综合考虑这些因素。

4. Icepak自然对流收敛标准的设置方法在Icepak中，可以通过设置收敛标准来控制自然对流仿真的收敛过程。

一般来说，收敛标准包括残差、步长和误差等。

残差是指在每个仿真步骤中，解算器所计算出的值与实际值之间的差异。

步长是指在每个仿真步骤中所采用的时间步长。

误差是指在整个仿真过程中，所积累的误差。

通过合理设置这些收敛标准，可以控制自然对流仿真的收敛过程，从而获得准确和可靠的仿真结果。

5. Icepak自然对流收敛标准设置的实际应用在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的收敛标准。

封闭内腔的自然对流密度设置
封闭内腔的自然对流密度设置涉及到在封闭环境中产生和调整自然对流现象，以实现所需的温度分布或空气流动。

自然对流是通过温度差引起的气体或液体的垂直运动，通常在封闭腔体内部形成。

以下是一些影响封闭内腔自然对流密度的因素：
●温度差异：自然对流的主要驱动力是温度差异。

在封闭内腔中，
通过设置不同位置的温度，可以调整对流的强度。

通常，热源越高，冷源越低，自然对流效应越强烈。

●腔体形状：腔体的形状对自然对流的密度有重要影响。

几何形状
和尺寸会影响流动的路径和速度。

垂直方向上的高度差和水平方向上的宽度差都可能对自然对流产生影响。

●材料的导热性：封闭腔体的壁材料的导热性也会影响自然对流的
密度。

高导热性的材料能够更有效地传递热量，可能影响腔体内的温度分布。

●边界条件：边界条件的设置，例如壁面温度、开口或通风口的位
置和大小等，会直接影响自然对流的发生。

有选择性地设置或调整这些边界条件可以调整对流的强度和方向。

●环境温度：外部环境温度对封闭内腔的自然对流也会产生影响。

如果环境温度较高，自然对流可能受到限制，因为腔体内的空气
可能变得相对轻。

相反，如果环境温度较低，自然对流可能更为活跃。

设计和调整封闭内腔的自然对流密度需要对具体系统的物理特性和操作条件有深入的了解。

通常需要进行数值模拟、实验验证或经验性调整，以确保所得到的自然对流符合设计要求。

自然对流及强制对流及计算实例自然对流和强制对流是流体传热过程中两种常见的方式。

本文将分别介绍自然对流和强制对流的概念及原理，并给出两个计算实例。

一、自然对流自然对流是指在一定温度差的作用下，由于密度差异而产生的流动。

当热源加热后，周围的流体受热膨胀，密度减小，上升；而冷却的流体密度增大，下降。

这种密度差异引起的流动即为自然对流。

自然对流的计算通常基于格拉希霍夫数（Grashof number），其计算公式为：Gr=g×β×(Ts−T∞)×L^3/ν^2其中，g为重力加速度，β为热膨胀系数，Ts为表面温度，T∞为远场流体温度，L为特征长度，ν为流体的运动黏度。

计算实例：假设有一个热源表面温度Ts=100°C，周围流体的温度为T∞=20°C，表面积为A=2m^2，特征长度L=1m，流体的运动黏度为ν=0.01m^2/s，重力加速度g=9.8m/s^2，热膨胀系数β=0.001K^-1、求解此情况下的格拉希霍夫数。

解：Gr=g×β×(Ts−T∞)×L^3/ν^2=9.8×0.001×(100-20)×1^3/0.01^2=7840根据格拉希霍夫数的大小，可以判断自然对流的状况。

当Gr<10^8时，自然对流的影响较小；当10^8<Gr<10^10时，自然对流的影响较大；当Gr>10^10时，自然对流的影响非常显著。

二、强制对流强制对流是通过外部力驱动流体运动，使传热加剧的一种方式。

常见的外部力包括压差、气流、涡流等。

强制对流通常具有较高的传热效率和传热速度。

强制对流的计算通常基于雷诺数（Reynolds number），其计算公式为：Re=ρ×V×L/μ其中，ρ为流体密度，V为流体速度，L为特征长度，μ为流体的黏度。

计算实例：假设有一段液体流经一个直径为0.1m的水管，流速为1m/s，液体密度为1000kg/m^3，液体黏度为0.01kg/ms。

自然对流与强制对流及计算实例热设计就是电子设备开发中必不可少得环节。

本连载从热设计得基础——传热着手，介绍基本得热设计方法。

前面介绍得热传导具有消除个体内温差得效果。

上篇绍得热对流，则具有降低平均温度得效果。

下面就通过具体得计算来分别说明自然对流与强制对流得情况。

首先，自然对流得传热系数可以表述为公式（2）。

热流量=自然对流传热系数×物体表面积×（表面温度-流体温度） (2)很多文献中都记载了计算传热系数得公式，可以把流体得特性值带入公式中进行计算，可以适用于所有流体。

但每次计算得时候，都必须代入五个特性值。

因此，公式（3）事先代入了空气得特性值，简化了公式。

自然对流传热系数h=2 、51C（⊿T/L）0、25（W/m2K） (3)2、51就是代入空气得特性值后求得得系数。

如果就是向水中散热，2、51需要换成水得特性值。

公式（3）出现了C、L、⊿T三个参数。

C与L从表1中选择。

例如，发热板竖立与横躺时，周围空气得流动各不相同。

对流传热系数也会随之改变，系数C就负责吸收这一差异。

代表长度L与C就是成对定义得。

计算代表长度得公式因物体形状而异，因此，在计算得时候，需要从表1中选择相似得形状。

需要注意得就是，表示大小得L位于分母。

这就表示物体越小，对流传热系数越大。

⊿T就是指公式（2）中得（表面温度-流体温度）。

温差变大后，传热系数也会变大。

物体与空气之间得温差越大，紧邻物体那部分空气得升温越大。

因此，风速加快后，传热系数也会变大。

公式（3）叫做“半理论半实验公式”。

第二篇中介绍得热传导公式能够通过求解微分方程得方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用得理论公式。

能建立理论公式得，只有产生得气流较简单得平板垂直放置得情况。

因为在这种情况下，理论上得温度边界线得厚度可以计算出来。

但就是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算得难度也会增加。

这种情况下，就要根据原始得理论公式，通过实验求出系数。

条件:1. 整体采用自然对流的方式，不考虑器件的热辐射。

2. 散热器基板尺寸暂定:L270mm*W240mm 。

3. 环境温度：。

C t a °=454. 自然对流时无风扇，则无需考虑压强。

一、计算1. 模块工作温度-40℃~150℃，则≤j t 120℃；模块总功耗220W ，那么模块总热阻W C R R R f C c j f j /0953.00023.0093.0°=+=+=−−−,则散热器温度C W C W C t sa °=°×−°=99)/0953.0220(1202. 整体采用自然对流，则换热系数(安全余量)C m W h °•=2/33. 散热器面积计算：2236.1)4599(/3220m C C C m W W t h A =°−°×°•=ΔΦ= 由于散热器采用压接方式，所以会增在热阻，那么需乘上修正系数1.1，则:2496.11.1*36.1m A ==4．肋间距计算：由于安装时散热器是竖立放置，那么肋片高度H=L=0.27m ，取定性温度，则空气的物理特性：C t t a f °==451310145.3−−°×=C β，，s m v /1046.1726−×=698.0=pr ，则：mmm C C C s m m t Lv b 8.70078.0698.0)4599(1015.3)/1046.17(27.05.1Pr 5.125.01322642==⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛×°−°×°×××=Δ=−−−β 由于考虑到产品加工问题，取肋间距为整数：mm b 8=。

5．肋片厚度计算:为了使Bi 数较小，肋片以薄为宜,但如果肋片厚度过小，将给加工增加困难，取平均肋片厚度δ＝1.5mm 。

Icepak自然对流收敛标准在工程领域中，流体热传导是一个重要的研究方向。

Icepak是一种能够模拟物体内部温度分布和流体动态行为的计算流体力学（CFD）软件。

在Icepak中，自然对流是一个常见的现象，并需要采取一些收敛标准以确保计算结果的准确性。

自然对流的定义自然对流是指由于流体密度变化引起的流动，而不需要外部的力驱动。

它是一种热传导和对流的组合现象，主要由温度差异引起。

在自然对流中，流体沿着温度梯度产生运动，从而在物体内传递热量。

自然对流收敛标准的重要性当进行Icepak模拟时，自然对流的收敛标准是一项关键任务。

收敛标准的选择直接影响到计算的准确性和结果的可靠性。

如果收敛标准设置不合理，可能导致计算结果不准确或无法收敛，从而无法得到正确的温度分布和流体行为。

收敛标准的定义收敛标准是指在数值计算过程中所设置的一个判断准则，用于判断计算是否达到了足够的准确性。

在Icepak中，收敛标准主要用于判断计算与实际结果之间的误差是否足够小，以使计算结果能够得到合理的解释和应用。

自然对流收敛标准的影响因素自然对流的收敛标准受到多个因素的影响，例如网格划分、数值算法、材料属性等。

合理设置这些影响因素可以更好地控制自然对流的收敛过程。

网格划分网格划分对计算结果的精度和收敛性有重要影响。

较小的网格尺寸可以更好地捕捉流体动力学行为，但同时也会增加计算量。

因此，在实际应用中需要权衡网格划分的精度和计算效率。

数值算法数值算法的选择和参数设置对收敛性影响较大。

通常情况下，稳定且具有较高精度的数值算法能够更好地保证自然对流的收敛。

同时，适当调整算法的参数对提高算法的稳定性和收敛性也是必要的。

材料属性材料属性直接影响到流体的热传导和密度变化，在自然对流中起到重要作用。

合理设置材料属性可以更好地模拟自然对流现象，从而提高收敛性。

自然对流收敛标准的判定方法常见的自然对流收敛标准判定方法有两种：残差和收敛因子。

残差残差是指模拟结果与实际结果之间的差异。

在Fluent中设置自然对流换热，您可以按照以下步骤进行操作：
1.启动Fluent并读取计算网格，网格类型可以是3D或双精度。

例如，如果
你的网格文件名为"heatsink-natl-conv-poly.msh.gz"，则可以通过Fluent读取该网格。

2.在Models设置中激活能量方程，并采用层流模型。

根据具体案例，可能
需要设置瑞利数，本案例的瑞利数为2.7e4。

3.在Materials设置中添加材料，例如Copper和grease，并设置相应的材
料参数。

4.在Domain设置中，为不同区域设置不同的介质材料，例如将区域copper
的介质材料设置为copper，将区域heater的材料介质设置为grease。

同时，可以激活Source Terms选项来指定区域热源，例如本案例中设定热源为2325000 w/m3。

5.进行计算求解。

需要注意的是，以上步骤是Fluent中自然对流换热设置的一般流程，具体操作可能会因实际情况而有所不同。

如果您在操作过程中遇到任何问题，建议参考Fluent的官方文档或寻求专业人士的帮助。

有限空间自然对流
有限空间自然对流是指在一个空间范围内，由于物体表面温度和密度的差异，所产生的自然对流现象。

在这种情况下，热空气会上升到较高处，而冷空气则会下降到较低处。

这种自然对流现象被广泛应用于建筑、工业设备、能源系统等领域，以实现室内空气的流通、工业过程的稳定等目的。

要实现有限空间自然对流，需要注意以下几点：首先，需要掌握物体表面温度和密度差异对流体流动的影响规律，并采取相应的控制措施。

其次，需要优化空间结构设计，以最大化自然对流的效果。

此外，还需要合理选择流体材料、流速、流量等参数，以优化流体流动过程。

总之，针对不同的应用场景，有限空间自然对流可以采用不同的控制策略和优化方法，以实现更有效的空气流通和能源使用效率。

fluent自然对流边界设置自然对流是流体在没有外力作用下由于温度差异而产生的流动方式之一。

在工程实践中，对于自然对流流动的研究与应用具有重要的意义。

边界条件的设置是自然对流流动模拟的一个关键步骤，也是保证模拟结果准确性的基础。

对于自然对流问题的边界条件设置，主要包括流体入口边界条件和流体出口边界条件。

首先，对于流体入口边界条件的设置。

在自然对流问题中，通常将入口设置为一定温度的流体，并通过设置入口温度来模拟不同的实际情况。

入口温度的设置要考虑到具体应用问题的温度分布情况，以保证模拟结果的准确性。

其次，对于流体出口边界条件的设置。

在自然对流问题中，通常将出口边界条件设置为自由出流，即流体可以自由流出。

这是因为自然对流通常不受外界约束，流体可以自由流动。

在计算流体力学（CFD）模拟中，可以通过设置出口压力等参数来实现自由出流的模拟，从而模拟自然对流的真实情况。

除了流体入口和出口边界条件的设置外，还需要考虑边界墙面的设置。

边界墙面是自然对流问题中较为重要的边界条件之一，对模拟结果具有重要影响。

在自然对流模拟中，通常将边界墙面设置为恒定的温度或恒定的热通量。

这是因为边界墙面是流动的限制边界，对流体的流动起到约束作用，通过设置边界墙面的温度或热通量，可以模拟不同的实际情况并得到准确的模拟结果。

此外，还需要考虑流体与固体边界的换热情况。

在自然对流问题中，流体与固体边界之间的温度差异会引起热量传递。

为了模拟这种热传导过程，需要根据材料的导热性质设置固体边界的温度或热通量。

通过合理设置固体边界的换热条件，可以模拟出自然对流过程中的热传导现象，并得到准确的模拟结果。

综上所述，自然对流边界条件的设置对于模拟准确的自然对流流动过程具有重要作用。

通过合理设置流体入口、出口边界条件、边界墙面的温度或热通量以及固体边界的换热条件，可以模拟出不同实际情况下的自然对流流动，并得到准确的模拟结果。

在工程实践中，需要根据具体问题的实际情况进行边界条件的设置，并结合数值模拟方法来解决自然对流问题，以提高工程的可靠性和安全性。

自然对流与强制对流及计算实例集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#自然对流与强制对流及计算实例热设计是电子设备开发中必不可少的环节。

本连载从热设计的基础——传热着手，介绍基本的热设计方法。

前面介绍的热传导具有消除个体内温差的效果。

上篇绍的热对流，则具有降低平均温度的效果。

下面就通过具体的计算来分别说明自然对流与强制对流的情况。

首先，自然对流的传热系数可以表述为公式（2）。

热流量=自然对流传热系数×物体表面积×（表面温度-流体温度） (2)很多文献中都记载了计算传热系数的公式，可以把流体的特性值带入公式中进行计算，可以适用于所有流体。

但每次计算的时候，都必须代入五个特性值。

因此，公式（3）事先代入了空气的特性值，简化了公式。

自然对流传热系数h=2 .51C（⊿T/L）（W/m2K） (3)是代入空气的特性值后求得的系数。

如果是向水中散热，需要换成水的特性值。

公式（3）出现了C、L、⊿T三个参数。

C和L从表1中选择。

例如，发热板竖立和横躺时，周围空气的流动各不相同。

对流传热系数也会随之改变，系数C就负责吸收这一差异。

代表长度L与C是成对定义的。

计算代表长度的公式因物体形状而异，因此，在计算的时候，需要从表1中选择相似的形状。

需要注意的是，表示大小的L位于分母。

这就表示物体越小，对流传热系数越大。

⊿T是指公式（2）中的（表面温度-流体温度）。

温差变大后，传热系数也会变大。

物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那部分空气的升温越大。

因此，风速加快后，传热系数也会变大。

公式（3）叫做“半理论半实验公式”。

第二篇中介绍的热传导公式能够通过求解微分方程的方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用的理论公式。

能建立理论公式的，只有产生的气流较简单的平板垂直放置的情况。

因为在这种情况下，理论上的温度边界线的厚度可以计算出来。

但是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算的难度也会增加。

第37卷,总第215期2019年5月,第3期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.215May.2019,No.3　竖直热沉自然对流散热的两种强化措施研究赵振先,安　巍(同济大学机械与能源工程学院,上海　200093)摘　要:为了对高效大功率远端射频模块(RRU)的散热器设计提供依据,本文提出了两种强化直翅式竖直热沉自然对流散热的有效措施:对完整热沉在中间位置开缝同时在开缝处添加挡片,以及对开缝热沉存在的局部传热不利区域开孔来强化散热。

本文采用了实验手段结合数值模拟的方法,研究了两种逐次递进的改进措施对给定几何结构参数的直翅式竖直热沉散热性能的影响。

研究结果表明:当开缝宽度为10mm时,中间开缝并添加挡片之后,竖直热沉散热性能显著提升;开缝从中间位置分别向上或向下平移时,散热性能均逐渐减弱。

添加挡片后的中间开缝热沉肋间流场存在传热死区,通过对该区域内的翅片开孔能够有效减少传热死区的面积;开孔不仅改变了肋间空气的流向,而且形成了漩涡现象和扰流运动,从而进一步强化了热沉整体的散热性能。

关键词:竖直热沉;自然对流;数值模拟;扰流运动;散热性能中图分类号:TK121 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2019)03-0200-06 Two Effective Approaches to Enhance Natural Convection of Vertical HeatsinkZHAO Zhen-xian,AN Wei(College of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai200093,China)Abstract:In order to provide a basis for the designs of Radio Remote Unit(RRU)with high-performance and large power,two effective approaches were proposed to enhance natural convection of the vertical straight-fin heatsink:slotting the continuous heatsink in the middle with the baffle plate and perforating into local heat zones.Experiments and numerical simulation were used to investigate the effect of two measures on the natural convection of the heatsink.It is shown that the method to slot the heatsink in the middle with the baffle plate,which has an obvious effect on heat transfer enhancement of the vertical heatsink when the width of interruption is10millimeters.The heat dissipation performance will be weak⁃ened gradually no matter the position of slotting moves up or down.Moreover,an obvious high tempera⁃ture zone still exists in the discontinuous heatsink with a baffle plate.While the perforating into the local zone can reduce the area of such a high temperature zone.Perforation not only changes the flow direction of air between fins,but also forms a whirlpool and turbulent flow,thus enhancing the overall heat dissipa⁃tion performance of the heatsink.Key words:vertical heatsink;natural convection;numerical simulation;turbulent flow;dissipation per⁃formance收稿日期　2019-03-06 修订稿日期　2019-05-13作者简介:赵振先(1987~),男,硕士研究生,研究方向为竖直热沉自然对流散热的强化措施研究。

散热器优化设计质量轻，散热好，是我们对散热器优化设计的一种追求。

当你认真看完本文，你对散热器的优化设计，必有一个更好的理解和提升。

产品设计，由于外观、空间、尺寸有一定限制，我们把相同热功率，相同空间体积，结构相近的散热器，质量轻、散热好的结构，称之为散热器优化设计。

材料散热涉及传导、对流、辐射交叉进行，对于非热学专业技术人员，难以通过理论计算，精确做到散热器优化设计，但我们可以通过软件仿真，从大量分析数据中，找到散热器优化设计的规律。

对于在空气中散热，自然对流的散热器，常见的散热片有两种，一种是相等间距的散热片，如下图A所示(其他形状同理)；另一种是非相等间距的散热器，如图B所示(其他形状同理)。

散热片在垂直方向对空气阻挡，结构有三种，一种是有底板完全阻挡散热片空气流动，如图A所示；一种上下透通，完全没有底板阻挡散热片空气上下对流，如图B所示；第三种是有底板半阻挡散热片的空气上下对流，如图C所示，介于A和B之间。

本文选择散热器A和散热器B为研究对象，分析总结质量轻、散热好的散热器设计方法。

研究结果同样适用于散热器C。

散热器有辐射和传导因素，但对流占据主导地位。

A B C选择LED做热源，环境温度Ta 25℃，散热器直径60mm，散热片厚度统一1.5mm，高分别10mm、30mm、60mm、120mm，热功率分别7W、10W、15W、20W.对散热器A和散热器B，分别改变散热片的间距，如下图绿色线间距，分析温度和重量的变化，寻找散热器优化设计的规律。

重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度2.15625mm219.2G60mm散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片间距散热片重量散热片高度10.2mm88.9G60mm重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度6.85714mm195.3G120mm散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度24片 6.34mm32.2G10mm76.42℃散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度7.05mm185.3G60mm散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度14.1mm146.4G60mm17.1mm138.6G60mm重量快速下降温度快速下降重量缓慢下降温度相对稳定重量缓慢下降温度快速上升散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片间距散热片重量散热片高度Tc点温度7.05mm185.3G120mm散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度11.88mm308.4G120mm散热片数量散热片间距散热片重量散热片高度散热器优化设计总结：放置空气中，自然对流散热的散热器，从重量轻、散热好角度考虑：对于A型和C 型散热器，以及高度小于30mm的B型散热器，散热片间距选择6mm—7mm最合理。

自然对流与强制对流及计算实例热设计是电子设备开发中必不可少的环节。

本连载从热设计的根底——传热着手，介绍根本的热设计方法。

前面介绍的热传导具有消除个体内温差的效果。

上篇绍的热对流，那么具有降低平均温度的效果。

下面就通过具体的计算来分别说明自然对流与强制对流的情况。

首先，自然对流的传热系数可以表述为公式〔2〕。

热流量=自然对流传热系数×物体外表积×〔外表温度-流体温度〕 (2)很多文献中都记载了计算传热系数的公式，可以把流体的特性值带入公式中进展计算，可以适用于所有流体。

但每次计算的时候，都必须代入五个特性值。

因此，公式〔3〕事先代入了空气的特性值，简化了公式。

自然对流传热系数h=2 .51C〔⊿T/L〕0.25〔W/m2K〕 (3)2.51是代入空气的特性值后求得的系数。

如果是向水中散热，2.51需要换成水的特性值。

公式〔3〕出现了C、L、⊿T三个参数。

C和L从表1中选择。

例如，发热板竖立和横躺时，周围空气的流动各不一样。

对流传热系数也会随之改变，系数C 就负责吸收这一差异。

代表长度L与C是成对定义的。

计算代表长度的公式因物体形状而异，因此，在计算的时候，需要从表1中选择相似的形状。

需要注意的是，表示大小的L位于分母。

这就表示物体越小，对流传热系数越大。

⊿T是指公式〔2〕中的〔外表温度-流体温度〕。

温差变大后，传热系数也会变大。

物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那局部空气的升温越大。

因此，风速加快后，传热系数也会变大。

公式〔3〕叫做“半理论半实验公式〞。

第二篇中介绍的热传导公式能够通过求解微分方程的方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用的理论公式。

能建立理论公式的，只有产生的气流较简单的平板垂直放置的情况。

因为在这种情况下，理论上的温度边界限的厚度可以计算出来。

但是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算的难度也会增加。

这种情况下，就要根据原始的理论公式，通过实验求出系数。