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為什麽空氣流量過大反而不利於散熱?

2020-10-12汽車

瞎寫一下吧。。。

F1相關問題

我不知道題主看的是影片,這裏看F1的進氣口的差異

駕駛艙上方的進氣口就不是散熱器了,是動力單元的進氣口,現在的F1動力單元是V6渦輪內燃機和各種電機的組合。

好,講到渦輪,就要討論渦輪進氣後的問題。氣體被渦輪壓縮後,內能增大,溫度增加(這還包括電池和內燃機兩者工作時傳遞給渦輪空氣的熱量)。這對內燃機的工作效率是不利的,要想辦法對壓縮的空氣降溫,所以就需要進氣管纏繞,增加與從進入側箱的冷空氣的接觸面積,透過熱交換將熱量傳遞側箱空氣。當然,渦輪內的空氣和流經側箱的空氣還有迴圈水。

所以,上面的解釋,可能就不是散熱器工作時流經氣流的問題了。但下面基本是氣流速度和散熱能力的問題了。

氣流速度過快影響散熱器工作效率的因素,下面是我想到的幾個:

1.停留時間過短

這個簡單,截取的一段氣流與散熱鰭片的接觸時間實在是太短了,熱交換時間也不長。流速和散熱效能的工作曲線需要實際測試

2.摩擦

高速流過的空氣與散熱鰭片是必然接觸的,相互之間摩擦生熱,更熱空氣很難帶走與其熱交換的物質的更多熱量,而理想的散熱是散熱物質低溫進高溫出。這跟之前的渦輪增壓後的氣體需要降溫是類似的。

(說個題外話,這也是我一個鍵盤討論筆記本要求低壓核顯輕薄本室溫下散熱系統能讓CPU在Stress CPU負載下維持兩倍TDP的理由)[1]

3.邊界層/附面層

這個可能很難讓人想到。氣體與物體相互流過的時候,物體表面到正常流經的氣流之間會有一個過渡的邊界層/附面層,這層裏面的氣流從固體到正常氣流之間的流速會從0到正常流速過渡。

外層氣流速度過大,附面層越厚。首先附面層的氣體流速比正常氣流慢,這樣無法透過流出的方式把熱量帶走,而是傳遞給正常氣流,這樣會降低散熱效率。

於此同時,附面層相當於固體增厚,這樣氣流實質流量降低,又降低散熱效率。誇張一點,甚至直接把氣流堵住,根本無法進行散熱,導致散熱器積熱,最後熱變形損壞。同時,正常氣流被迫從進氣口外流,因為進氣口前端又有更大的相對靜止氣團。這在F1裏面增加了非常大的廢阻,影響表現。

附面層是流體工程都不能避開的問題。

(客機發動機還可以吊掛翼下以最大避免附面層作用導致進氣減少,而現代戰鬥機由於機動需要,只能讓發動機位於機身側邊,但附面層問題使戰鬥機重量和氣動廢阻增加,直到DSI進氣道這一概念。另外,渦扇發動機的速度與工作效率之間的關系)[2]