5.3.2  散热系数

5.3.2 散热系数

进行低压断路器热分析时，往往把断路器外壳的表面作为边界条件，而断路器内部发热通过外壳表面把热量散发至周围空间，散热方式是通过对流和辐射。

对流散热可用式（5-19）表示

q=α·A（T_f-T₀） （5-19）

式中 q——热流量（W）；

α——对流散热系数（W·m^-2·K^-1）；

A——对流散热表面积（m²）；

T₀——周围环境温度（K）；

T_f——散热表面温度（K）。

在自由对流条件，对流散热系数可按式（5-20）计算

式中 N_ul——努基尔数；

λ——空气的导热系数；

l——空气流过表面的长度。

努基尔数定义为

N_ul=c（G_rlP_r）ⁿ （5-21）

式中 G_rl——格拉晓夫；

P_r——普朗特数，表示气体的材料特性；

c、n——常数，其中

式中 η——空气的运动粘度；(https://www.daowen.com)

c_p——空气定压比热；

λ——空气导热系数，

G_rl可用下式表示：

式中 g——重力加速度，g=9.81m·s^-2；

-——体积膨胀系数；

ΔT——散热表面与环境温差；

γ——空气的运动粘度。

表5-3列出了常数c、n和长度l的选择。

表5-3 公式中长度c、n和长度l的选择

对流散热系数α是温度的函数，它随温度而变化。

根据Stefan-Boltzmann定律，物体的辐射散热为

q_i=σε_i·F_ij·A_i·（T⁴_f-T⁴₀） （5-24）

式中 F_ij——形状系数，在计算外壳和导线外表面辐射散热时，取F_ij=1；

ε_i——发射率；

σ——Stefan-Boltzmann常数（W·m^-2·K^-4），σ=5.67×10^-8W·m^-2·K^-4；

A_i——辐射散热面积（m²）。

在热分析时，为了与对流散热的形式一致，将辐射散热通过表面散热系数简化为公式（5-25）所示。

因此，外表面的散热系数为α=α_con+αrad