水平翅片散热器的优化设计：最大化散热与最小化材料消耗

"自然对流翅片散热器的设计和优化，以实现最大散热量和最少耗材为目标，通过计算模型优化翅片高度、厚度和间距。" 在电子行业中，自然对流翅片散热器是常见的热管理解决方案，尤其适用于集成度不断提高、散热量急剧增加的电子元器件。这种散热器通过增大器件与周围空气的接触面积，增强对流换热，从而有效降低器件温度。自然对流散热器的优点在于其无需额外动力驱动，运行稳定且成本较低。 本文由高一博、罗小兵、黄素逸和刘君共同完成，他们在华中科技大学能源学院工程热物理实验室进行了深入研究。他们聚焦于水平放置的翅片散热器优化设计，这类散热器在实际应用如LED路灯中较为常见。研究中，他们面对的主要挑战是计算翅片的换热系数，这是一个复杂的边界层问题。为解决这一问题，研究人员采用了实验关联式和计算机迭代计算方法，处理非等温翅片表面达到稳态的对流换热系数。 在研究过程中，他们发现翅片间距与高度的比例对散热器的平均对流换热系数有着显著影响。通过编程和计算，他们找到了在满足散热需求下，耗材最小、体积最小的散热器尺寸。这有助于在保证散热性能的同时，降低成本和占用空间。 关键词涵盖散热器设计、自然对流、对流换热系数、耗材最小化以及翅片尺寸优化。前人如Avram Bar-Cohen、J. Richard Culham和M. Michael Yovanovich的工作主要集中在垂直翅片散热器的研究，而本文则对水平放置的翅片散热器进行了补充和拓展，提出了更符合实际应用的设计策略。 优化过程基于实验数据和牛顿迭代公式，计算出翅片表面的传热系数，进而分析了设计参数（如翅片高度、厚度和间距）与表面换热系数、总换热量及材料消耗之间的关系。通过这种方法，研究者能够为特定的散热需求提供最佳的翅片配置建议，从而在保证散热效果的同时，最大程度地减少材料使用。 总结来说，这项研究为自然对流翅片散热器的工程设计提供了理论依据和实用工具，对于提高电子设备的热管理效率具有重要意义。通过科学的优化，不仅能够提升散热性能，还能降低生产成本，符合可持续发展的技术发展趋势。