优化自然对流翅片散热器设计：最小耗材与尺寸计算

本文主要探讨了翅片对流换热在散热器优化设计中的关键作用，特别是对于水平放置的翅片散热器。在散热器的性能优化过程中，核心问题在于求解翅片的对流换热系数，因为散热器表面的非等温性使得这个问题变得复杂。通过实验关联式，作者利用牛顿迭代法计算在稳态工况下，翅片表面的热流作为对流换热系数的函数，然后构建了新函数g(h)，并运用迭代公式来逼近真实值。 优化目标是找到既能提供足够散热量又能最小化材料消耗的散热器尺寸，具体参数包括翅片高度H、翅片厚度t和翅片间距s。由于翅片对流换热系数的计算涉及超越方程，传统的拉格朗日乘数法无法直接应用。因此，作者采用了数值离散化的方法，将参数离散为一系列不连续点，并通过编程实现对这些尺寸的遍历和对应的换热系数的计算。 研究发现，翅片间距与高度的比例对散热器的整体性能有显著影响。通过对不同尺寸组合的计算，作者在文中给出了在满足散热需求和最小化材料消耗时的理想翅片尺寸。这个过程不仅涉及到理论计算，还依赖于对实验关联式的理解以及迭代算法的应用。 本文的关键创新点在于将实验关联式与数值优化相结合，针对水平放置的翅片散热器进行设计优化，这在现有的文献中可能较少见。通过优化分析，作者揭示了设计尺寸与对流换热效率、散热量和材料消耗之间的关系，为实际应用中的翅片散热器设计提供了有价值的参考。 本文不仅深入解析了翅片对流换热系数的计算方法，还展示了如何通过优化设计来提升散热器的效能和经济性，对于电子设备散热领域的工程师来说，具有重要的实践指导意义。