散热器上的油漆颜色重要吗?

电器工程 散热器 热的
2022-01-17 13:35:12

热量通过传导、对流和辐射离开散热器。我被告知黑色表面最擅长散热,因此很多散热器都是黑色的。但它们也有用于对流的翅片。大型散热器有很多大翅片。因此,对流似乎很重要。

那么如果出于美学原因我必须将散热器涂成亮白色会发生什么?白色当然是反射热辐射的最佳颜色。那会像铝箔包裹的火鸡一样将热量反射回内部吗?有人可以猜测效率损失或评级的必要补偿性增加吗?

PS 家用散热器是白色的。

PPS散热器术语中的“材料表面处理”是什么意思?不太回答。

4个回答

不要给散热器涂漆。油漆层将充当金属和空气之间的绝缘体,降低其散热能力。

对散热器进行阳极氧化不是问题。阳极氧化层比油漆薄得多(例如铝几微米),因此它的热阻比油漆要低得多。

除非不同颜色的油漆比其他颜色更薄或更厚,或者散热器暴露在阳光直射下,否则油漆的颜色不会对冷却产生显着影响。

是的,黑色具有最高的发射率(它也吸收辐射最好——互易性——或基尔霍夫热辐射定律)。请注意,它必须在相关波长处为“黑色”,这不一定对应于可见光谱中的黑色。

这意味着如果发射率接近 1(黑体),则辐射传热将最大化。如果您的散热器“看到”大部分较冷的东西,它将有更好的冷却效果,如果它看到更热的东西,它也不会冷却。

然而,与传导热传递和(通常对于正常环境中的半导体散热器最重要的)对流热传递相比,辐射热传递通常并不那么重要。因此,与空气如何流过翅片以及热量如何传导到翅片的流体动力学设计相比,颜色通常并不是那么重要。鳍大多“看到”其他鳍,因此辐射的影响更小。

对于我们这些设计必须在真空和/或太空或非常高海拔中生存的电子产品的人来说,存在例外情况,如果被散热的物品(或它所看到的)非常热,辐射可能变得更加重要(4 次方温度)。

一个闪亮的(低辐射率)散热器可能更胜一筹的示例情况是在加热器、白炽灯或真空管的直接视野中的稳压器散热器。

阳极氧化时可以使用您喜欢的任何颜色的染料,或者根本不使用,这称为“透明”阳极氧化。通常氧化铝(它不是涂层)是一个非常薄的绝缘层,但在某些情况下,它可以做得超过几密耳厚。


在此处输入图像描述

编辑:让我们做一个背面计算,看看辐射有多大。我将假设 Aavid Thermalloy 的型号为 530002B02500G散热器。它的自然对流额定值为每瓦 2.6 摄氏度,我相信它的额定温度比环境温度高 70 摄氏度。

因此,如果您的环境温度为 25 摄氏度且散热器为 95 摄氏度,则耗散的总功率将为 27W。

其中有多少是由于辐射造成的?我们可以将散热器(仅用于辐射耦合目的*)视为一块尺寸为 64 毫米 x 25 毫米 x 42 毫米(忽略凹口)的块,其表面积为 0.011 平方米。

辐射引起的热损失(假设发射率为 1)为

\$ q = \sigma A (T_H^4 - T_C^4)\$,其中 \$\sigma\$ 是 Stefan-Boltzmann 常数 ~5.7E-8(温度以开尔文为单位)

代入这些值,我们得到 6.4W 的热流,这是由于 95 摄氏度的散热器温度和 25 摄氏度的环境下的辐射,因此小于 25% 是由于在最大化辐射损失的最佳条件下的辐射。更有可能我们已经进行了一些强制对流,并且辐射热损失再次减少。更接近立方体的散热器也会因辐射而产生的热量损失更少。不够低到可以忽略不计,但不占主导地位。

  • 对于辐射,散热器的卷积主要“看到”其他散热器表面,因此外部尺寸的块对于辐射是正确的(第一近似值)。它们实际上具有使有效发射率比表面本身更接近 1.0 的效果,因为一些未被吸收的光会反弹到其他表面并获得另一个被吸收的机会(反过来也是如此,当然对于热量 - 但更容易想象光的吸收,因为我们可以看到可见光而看不到散热器在合理温度下发出的红外波长 - 如果您的散热器发出红色、黄色或蓝白色光,您可能还有其他问题)。

我曾经销售高性能涂料,包括用于热管理的涂料,这绝不是一个简单的问题。例如,一个供应商制造了两种涂层,它们都是哑光黑色,推荐的干膜厚度小于 2 thou,一种被设计为绝缘体,另一种被设计为散热涂层。推荐的用例分别是排气集管和制动卡钳。

我确实涂了散热片并做了一些实验,发现在低温差下裸散热片效果最好,其次是绝缘散热片,辐射涂层最差。在高温差下,发射涂层显示出其性能优于裸金属,并且绝缘涂层在减缓热传递方面也变得更加有效。

我还尝试了其他涂层,例如传统涂料,它们在着火之前都是绝缘体,而厚绝缘涂层在熔化之前是最好的绝缘体。

结论:这取决于您的温度、所需的热传递和其他因素,哪种涂层最适合您的需求,但使用标准涂料对散热器没有帮助。

闪亮的金属表面非常善于反射,极不善于发射辐射。 任何东西(几乎任何东西)都可以改善热辐射。

涂黑的表面会更好地吸收阳光,因为阳光中的大部分能量都在可见光谱范围内或附近。但是除非你的散热器太热以至于它会发光,否则它不会在可见光谱中发射太多辐射,所以它对眼睛的颜色是完全不相关的。

未封装在反射容器中的被动通风散热器会发出大量辐射。抱歉,我手头没有数字,但还不到 50%。对于相同颜色的平行翅片,辐射通过吸收来平衡,因此内部翅片颜色并不重要,但对于暴露的表面来说却很重要。

因此,您会看到计算机内部的强制通风散热器通常没有黑色阳极氧化引脚。

裸露的铝制散热器无论如何都必须涂漆/阳极氧化,以防止腐蚀,否则您必须包含诸如“不得在 1000 码的海岸上使用”之类的说明