海拔高度对温升的影响

本文来源 Electronics Cooling Magazine Vol.5, No.3，翻译by lelele@263.net.  

原文见http://electronics-cooling.com/articles/1999/1999_sept_techbrief.php
海拔高度对温升的影响
很多公司在电子设备产品的设计时，都要求设备能在高海拔下稳定工作。通常“高海拔”指的是海拔1500m(约5000英尺)或3000m(10000英尺)的高度。对于设计和质量控制来说，预测产品在高海拔下运行时的温升是非常重要的。有许多方法可以用于修正海拔高度对于温升的影响，而其中的许多方法都为了简化计算过程而牺牲了精度。尽管许多公司确实使用了有依据的修正方式，然而其他很多公司不必要使用这样的复杂公式。
如今电子设备的结构很复杂。电路板上安装着不同的电子元件，这些电子元件使得流经电路板的空气有着复杂的流场，如回流，死区和其他热源引起的热尾流。如果不考虑这些造成分析的困难，所有表面温度的计算和海平面的测量数据都可以使用本文中的推荐方法外推到任何海拔高度（作者吹牛啦，超过海拔6000米就不好这样修正了，当然，提供的数据也截止到6000m，即20000英尺）

高度修正
以海平面为条件测量或者计算得到的空气冷却的表面温度能够使用系数进行修正得到高海拔条件下的结果。这种方式适用于任何依赖空气对流散热的表面，如壳温，电路板的温度和散热片的温度，甚至在不知道准确的耗散功率的情况下也能使用这种方法。并且在一个强迫风冷系统中的空气温升也可以使用这种方法估算。
高度修正系数表达了特定的高度下对流环境的影响。这种方法首先是参考文献1所提出的。电子设备的对流环境包括：轴流/离心风扇冷却系统，有通风孔的机箱中的或是直接暴露在外以自然对流冷却的电子元件。系数表如下表1。

表一 高海拔下的温升修正系数
高度	系数
米(英尺)	轴流风扇 (常规)	轴流风扇 (大功率)	自然对流
0	1.00	1.00	1.00
1,500 (5,000)	1.20	1.16	1.10
3,000 (10,000)	1.45	1.35	1.21
4,500 (15,000)	1.77	1.58	1.33
6,000 (20,000)	2.18	1.86	1.48

上表中的轴流风扇冷却系统中的常规和大功率器件的温升修正系数有所不同。常规的温升修正系数可以用于所有测量得到的表面温度，并且能够使用于元器件的外壳，电路板表面和散热器的鳍片。也可用于空气的温升。而对那些温升主要是由于自身功率支配并非是空气温度升高影响的器件来说，常规的温升修正系数有些过于保守了。推荐的大功率的修正系数主要是减小过于保守的常规系数。最后自然对流的温升修正系数主要用于修正自然对流所冷却的表面温度。
表一中的系数使用以下的方程（1）修正高度的影响。
                          T(z) -- Tamb = [ TSL -- TSL,amb ] × Multiplier(z, Configuration) (1)
其中：
                          T(z) - Tamb      表示海拔高度z下的表面温度或空气的温度减去环境温度
                          TSL -- TSL,amb 表示海平面下的表面温度或空气的温度减去环境温度
                         Multiplier(z, Configuration) 是表一中的温升修正系数
这种简单的高度修正方式使用了特定的系数修正了海平面条件下的温升,并且消除了耗散功率的不确定性和对流流场不均匀的影响.一旦使用这种方式确定了高海拔下的表面温度或临界温度,就可以使用传统的热阻网络法计算出结温或是与散热片接触区域的温度.
另一种方式是直接在表面温度上增加一个固定的温升,而不考虑对流环境或是耗散功率, 如3000米(10000英尺)的情况下,通常是直接增加5° 到7°C.而有的则以海拔高度升高进行累加,如每300米温升增加1°C.这些方式也是非常简单的,但也许仅适合于以前的产品,他们不如公式1和表一的修正方法精确,而且会使得热管理设计和相关的决定不够优化.


海拔高度对散热的影响
随着海拔高度的增大，空气的密度逐渐降低，而对流换热能力和设备的整体热容量也不断的减少，因此。所有依赖于自然对流和强迫风冷散热的设备在高海拔的情况下需要用更多的空气流量来保持与海平面下同样的温升。因此，如果知道了空气密度的变化就可以通过对流换热方程来推导出温升的增加量。

温升修正系数的来源
表1中的温升修正系数和使用对流换热方程所推导出的结果一样准确，但是精度却远不如使用CFD模拟或是在高海拔下实际测量所得到的结果。然而在缺乏相应的仿真手段和测量资源的时候，这是一种非常简便并且有理论依据的方法。
强迫风冷系统中空气的温升取决于能量守恒关系。由于空气的比热和速度变化随着海拔高度的改变很小，而空气的温升与密度则成反比。因此，空气或者低能耗的器件的温升修正系数可以简化为空气在高海拔和海平面时的密度比的问题。
而高能耗器件的温升还由耗散功率的大小所决定。在这种情况下，对流传热系数可以通过雷诺数和普朗特数来表达。由于普朗特数是一个相关的量，，而包含着密度变化的雷诺数则反映在ca热阻的变化量上，并通过工作温度的升高表现出来。
自然对流冷却系统中的对流换热系数则通过格拉晓夫数和普朗特数表示。这种情况下，包含温度和密度变化的格拉晓夫数也反映在ca热阻的变化量上，并通过工作温度的升高表现出来。
恒定温度下空气密度的变化比率关系可以从文献2中找到。而常规的对流换热传热关系则可以从文献3中找到。

作者及联系方式：
Jinny Rhee, Rhee Thermosciences, Inc., Palo Alto, CA
jrhee@pacbell.net
Kaveh Azar, Editor-in-Chief, Lucent Technologies, North Andover, MA
kazar@lucent.com

参考文献：1. Azar, Kaveh, "Electronics Cooling--Theory and Applications", Short course, 1998.
2. White, F. M., Fluid Mechanics, Second Edition, pg. 60, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.
3. Holman, J.P., Heat Transfer, Sixth Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.

     
   
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    粗粗看了一下楼主的翻译。。。。。。

相关文章可以看看：
海拔对温升的影响PREDICTION OF ELECTRONIC COMPONENT TEMPERATURES AT HIGH

补充说明一下
    版主当时推荐了一本散热名词解释的书
    我把其中的词汇整理出来发到这里来了
       感觉里面有很多可以讨论还有扩展的东西
    可惜以前没有散热的理论基础，所以有些东西理解很吃力
    ，不过就像楼主说的，那个也应该类似是一个总纲，所以感觉可以做为一个药引子  
    我可不是说论坛里的都是病人哦
    没准可以有点眉目出来
    哈哈

原来还有这许多限制哦，学习了。整一小白。。。。。

学习哈