肋片的散热量计算与优化

肋片的散热量计算与优化

肋片是依附在基础表面上的扩散表面，又称为翅片。肋片能够强化传热有两个原因：一是扩散表面增加了表面；二是扩展表面的存在破坏了对流边界层，增加了流体的扰动，使传热效果增加。

肋片的几何结构与导热分析

从基体表面延伸到对流环境中的等截面直肋如图2-5所示。可以采用三个参数描述等截面直肋的几何结构，分别是肋高H、肋宽l和肋厚δ。肋片的热导率为λ。肋片与基体表面相交处（通常称为肋基或肋根）的温度为t0、环境流体的温度为t∞，肋片表面与周围流体间的表面传热系数为h。

图2-5 等截面直肋的几何结构与导热分析

肋效率的计算

采用肋片的目的主要是为了通过增加换热面积而增加散热量，因此一般的工程设计和计算最关心的是肋的散热量，引入肋效率，可以方便计算。

肋效率ηf定义为：

ηf = 实际散热量 / 理想散热量

式中，肋片的理想散热量是指肋的导热热阻趋于零时的理想散热量，此时整个肋片都具有肋基温度。

通过求解肋片微分方程可以得到肋片的效率：

ηf = tanh(mH) / (mH)

式中，m = (hP / kA)^0.5，Ac为翅片截面积，P为翅片周长。

可以用比较简单的计算过程来计算翅片的热流量：

Q = hAf(t0 - t∞)ηf

式中 Af——翅片表面积。

流体流过肋片时的热阻为：

R = 1 / (hAfηf)

求肋效率的解析公式往往比较复杂，工程上通常是将解析的结果绘成肋效率曲线。肋片效率可以表示为H3／2［h／λAL］1／2的函数。在考虑端面散热时，H可用修正长度Hc来代替。可应用图2-6查找矩形、三角形直肋及环形肋片的效率，从而计算肋片的散热量。

图2-6 不同肋片效率曲线