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标题: 不同表面处理对辐射散热的影响. [打印本页]

作者: 小怪兽 时间: 2011-5-1 09:20
标题: 不同表面处理对辐射散热的影响.
不同材料、不同表面处理的辐射率（或称发射率）在文献以及各种资料中都能找到，但是做thermal的人如果不能在实践中实际体会到“这些原理性的数据”，我个人觉得是不行的。当你跟做结构的人说，表面处理不同，那会导致散热能力也会不同，如果你没有实验数据作为支撑，估计这个时候你自己的心里都是“虚”的。
我在这里发一个我曾经做过的《不同表面处理对辐射散热影响》的实验，希望对新手们有点帮助，（当然对于大师们就没什么价值了，你们早就和这些东西融为一体了，呵呵）。

1、概述
对同样形状的铝块+粗糙表面、铝块+光滑表面、铝块+导电氧化、铝块+本色阳极氧化、铝块+亮黑阳极氧化、铝块+喷砂无光黑色阳极氧化、铝块+白色喷塑、铝块+黑色喷塑、不锈钢块光滑表面进行散热实验，得出不同表面处理对辐射散热的影响。
2、实验方案
散热块尺寸为 61*61*10mm，表面积约为100cm2，使用稳压电源给加热电阻供电，调节加热功率为5W（5.12V*0.97A），散热块的实物以及实验照片如图1、2所示。待温度稳定之后，记录散热块的表面温度。
实验环境：
封闭房间，不开窗、不开门、不开空调，对流相对较弱。室温。
由于没有足够多的实验设备同时对所有散热块进行实验，只能用一套测试设备在不同时间对各个散热块进行实验，这样一来，就不可避免的存在各个散热块的外界散热条件不同，比如房间内对流情况不同、环境温度变化以及温度稳定情况主观判断差异等。

图1 散热快实物照片

图2 实验照片
3、实验数据分析
室温下，各个热电偶一致性在0.5℃之内。
实验数据如表2所示，其中黑色阳极氧化（包括亮黑或和无光两种）和黑色、白色喷塑的散热块表面温升最低，约为35℃；其次为本色阳极氧化，为37.1℃；然后为不锈钢散热块，温升为43.1℃；表面温升最高的为导电氧化和铝光滑表面以及粗糙表面的散热块，约为45℃。
同时，在实验中，使用红外测温仪（如图3），调节辐射率，直到测得散热块的表面温度和热电偶测得的数值较为接近，将该辐射率作为此散热块表面的辐射率的参考值，见表2。
表2 温度数据

温度	铝+光滑表面	铝+粗超表面	铝+导电氧化	铝+黑色喷塑	铝+白色喷塑	铝+亮黑阳极氧化	铝+喷砂黑色无光阳极氧化	铝+绿色阳极氧化	铝+本色阳极氧化	不锈钢
环境温度	31.4	32.6	31.8	30.4	29.7	32.9	32.2		31.7	32.6
测温点1	76.4	76.6	76	65.2	64.1	67.2	66.6		68.4	73.9
测温点2	77.1	78.2	77.6	65.4	64.2	68.2	67.3		69.2	77.4
平均温升	45.4	44.8	45.0	34.9	35.4	34.8	34.8		37.1	43.1
红外测温仪	辐射率0.1~0.2之间，温度平均值主观判断接近77℃，但是温度值跳动非常大			对于黑色无光阳极氧化；辐射率0.8，温度值69.1；辐射率0.85，温度值66.8；辐射率0.9，温度值64.6；
其中铝光滑表面粗糙度为1.6，粗糙表面粗糙度为6.3~12.5。

图 3 红外测温仪
4、结论-大家自己定。

报告中的图片以及文字格式弄起来比较麻烦，我还是直接贴个文档上来吧。

不同表面处理对散热影响.rar (1.76 MB)

作者: 最冷 时间: 2011-5-1 09:20

不错。数据与日常经验相符合。不知导电氧化与非导电氧化的药水成分有什么区别。

作者: YOYO 时间: 2011-5-1 09:20

铝的本色阳极氧化的温度会高于铝黑色阳极氧化2度多。这个有点出乎意料～
不知道哪位大牛给个解释。
个人认为：在非高温下，辐射与自身颜色无关，只要是阳极氧化，辐射率应该是近似一样的。即便周围有些可见光的辐射，也应该本色的铝块温度低于黑色。
其他的数据跟日常经验基本相符，LZ是位勤劳严谨的工程师。赞～

作者: icepak 时间: 2011-5-1 09:20

一般产品的热设计问题都属于低温区，属于红外辐射。我个人理解，物体本身往外界的辐射以及对辐射的吸收（在红外波段）和颜色是基本没有关系的，主要决定于表面材质等，另外和温度多少有点关系（但一般可以忽略）。而对于“可见光波段”的热辐射，颜色和可见光吸收能力密切相关。所以一般理解，产品热设计中，不同阳极氧化的表面辐射能力应该是一样的，表现出来的散热块表面的温度也应该是一样的。如果要考虑周围环境的少量可见光（如3楼所说），那黑色阳极氧化比本色对可见光的吸收要多一点，那黑色的温度要高一点，不过我个人认为，这部分可见光基本是可以忽略的，所以也不会明显表现出黑色温度高。
另外，报告中我提到“由于没有足够多的实验设备同时对所有散热块进行实验，只能用一套测试设备在不同时间对各个散热块进行实验，这样一来，就不可避免的存在各个散热块的外界散热条件不同，比如房间内对流情况不同、环境温度变化以及温度稳定情况主观判断差异等。”
当时我做实验时，也发现本色阳极氧化的表面温度要比黑色的高，以为产生原因可能是上一段中描述的。我特意进行了多次实验，结果还是一样。要是有条件同时进行实验就好了。
后来想想，可能是阳极氧化时药水、氧化膜厚度不一样等多种我们无法预知的原因造成的，我就没去深究这个问题了。有时候不能对一个本身就不是非常严谨的实验做极其严谨的要求以及结论，可能永远也无法得到答案，受折腾的只有自己。哈哈。

作者: 风雨声 时间: 2011-5-1 09:20

回答的很严谨，很佩服lz做事的风格。
我也是觉得，如果真的找原因，可能真就是加工过程中的原因了。

作者: xiaoziayi 时间: 2015-12-1 15:26
赞美~需要这方面的资料~

作者: 臭虫 时间: 2016-5-5 22:44
1楼主每块样板等待了多长时间读取的热电偶的读数，是否每块样板都到达了热平衡状态。2 按照楼主的实验思路，加入再取一块样板，四周全喷涂泡沫，那测试点的温度爬升是不是会比64度少。我觉得泡沫有隔热作用，是不是与黑氧膜厚度过厚一个道理

作者: angelnine 时间: 2016-6-20 15:58

作者: me0039 时间: 2017-7-30 17:16
学习了

作者: space 时间: 2017-7-31 08:54
我这边常用到的铝（及铝合金）阳极氧化热光学属性的情况：1 铝光亮阳极氧化：太阳吸收率=0.12~0.16，红外辐射率=0.1~0.68（根据工艺可调）； 2 LY12光亮阳极氧化：太阳吸收率=0.18~0.32，红外辐射率=0.10~0.74（根据工艺可调）；3 铝合金黑色阳极氧化：太阳吸收率=0.95，红外辐射率=0.90~0.92

作者: space 时间: 2017-7-31 08:55

YOYO 发表于 2011-5-1 09:20
铝的本色阳极氧化的温度会高于铝黑色阳极氧化2度多。这个有点出乎意料～
不知道哪位大牛给个解释。
个人 ...

只要是阳极氧化，辐射率应该是近似一样的~
应该得不出这个结论。光亮阳极氧化（0.1~0.74）和黑色阳极氧化（0.90~0.92）。还是有差异的

作者: 李兵 时间: 2019-1-2 22:04

作者: flf181 时间: 2019-11-4 10:58
不错的实验，验证的结果与理论结合也比较接近

作者: plankton 时间: 2019-12-10 14:55

赞，思路没什么问题。少量的温度差异（比如2℃），感觉没必要细扣了，因为各步骤的不确定性（比如热电偶测量表面温度、环境辐射温度和对流状态）可能比这个更大。如果要抠，就先把实验条件进一步改善下。
另外对于红外测温，如果发射率0.1-0.2这种级别，要警惕镜面反射的影响；发射率补偿，毕竟还是在理想漫反射框架下去处理的。

作者: kaoifu 时间: 2020-3-2 16:57
据听说黑色阳极氧化相对于本色阳极氧化需要在氧化池中浸泡的时间较长，可能由此产生的表面粗糙度不同，从而影响辐射散热性能。这是我的猜想，不知道是否正确

作者: Hades 时间: 2024-4-26 10:11
请问，这个导电氧化和阳极氧化处理有什么不同？阳极氧化不也是在铝表面生成氧化铝么？为什么阳极氧化发射率会高。我用ICEPACK仿真散热的时候，外壳表面材料用AL-anodized，发射率0.8，外壳结构是用SC导入的三维结构。计算结果比我实际测试的温度低3.5度。自然冷却。是真实材料的发射率没有0.8这么高么

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