LED 散熱片表面處理效果比較:噴漆和拋光

這個實驗是一個老外在2006年做的

作者針對拋光和噴漆(黑)對散熱片溫度的影響作了很多探討,也很有意思,下面是我的筆記:


實驗條件如下:

6063鋁棒2根。直徑0.75in。
一個半拋光,一個半拋光后噴黑色涂料。長度一致都為1.735in。
每個鋁棒上挖了一個深度為0.375in的小洞,放熱電偶。
2個燈珠串聯(lián),1000mA電流流過。
其中噴黑的LED電壓比半拋光的高40mV。(作者語:這意味著它的功率稍高,如果其他條件完全一樣的話。)
每顆LED燈珠用同樣的膠粘在鋁柱上。

實驗開始,打開開關(guān),20分鐘后,數(shù)據(jù)基本平穩(wěn),兩個溫度分別如下:
噴黑的:(右),半拋光的:(左)



噴黑的溫度低17.4℃。
然后把鋁柱放倒,溫度會怎么樣?
噴黑的:(右),半拋光的:(左)



相差20℃。作者在這里說,可供參考。

since the semi-polished aluminum has a very low thermal emissivity ~5%, as compared to the ~95% emissivity of black paint, and emissivity depends heavily on surface area.Regular anodized Aluminum has an emissivity of ~77.6%。

陽極氧化的熱輻射率一般為77.6,而噴漆能達(dá)到0.95。而陽極氧化也有不同的類型,比如這種的輻射率能達(dá)到0.856:

Hard Anodize, Type III, has an emissivity of 83.5% to 85.6% depending on the color, for typical specimens, and this will vary a bit for the quality and thickness of the coating.

只要噴漆,黑色和白色的效果幾乎是一樣的,唯一的區(qū)別就是白色會反射紅外線,而黑色不會。

現(xiàn)在來計算一下噴漆會比拋光效果好多少:

樣品豎著放的時候:
拋光樣品的溫差 95.0C - 20.6C = 74.6 C rise噴黑樣品的溫差 77.6C - 20.6C = 57 C rise
噴黑比拋光好這么多:1-(57/77.4)*100= 23.4%

樣品平著放的時候:拋光樣品的溫差 101.6C - 20.6C = 81.0 C rise噴黑樣品的溫差 81.6C - 20.6C = 61 C rise噴黑比拋光好這么多1-(61/81)*100= 24.7%

我們可以這么說,噴黑的溫升會比拋光低24%,這作為一個經(jīng)驗參數(shù)是不太離譜的。

【如果這是一個手電筒,那么這個手電筒的表面溫度在晴朗的夜里比在有烏云的夜里更涼快】,因為在晴朗的夜里,輻射源更容易【看見】低溫的天空,而又烏云的話,相當(dāng)于加了一層屏蔽層。


常見材料的輻射率
Emissivities of various materials and finishes:Aluminum, highly polished and degreased 0.027Aluminum, (6061-T6) highly polished 0.031Aluminum, highly polished 0.039Aluminum, semi-polished 0.05Aluminum, rough surface 0.07Aluminum, sand blasted, 0.21Aluminum, anodized 0.776**Aluminum, Hard Anodize, Type III 0.835 to 0.856 <---*****Brass, highly polished 0.03Brass, polished 0.10Brass, rubbed with 80-grit emery 0.20Brass, dull and tarnished 0.22Brass, oxidized 0.61Bronze, polished 0.10Bronze, porous + rough 0.55Cadmium, polished .02Chrome, polished 0.09 to 0.10Black Chrome 0.62Copper, highly mirror polished, 0.008Copper, polished 0.05Copper, burnished 0.07Copper, oxidized 0.65Copper, heavily oxidized 0.78Copper, oxidized to black 0.88
Gold, highly polished 0.02Iron, shiny, etched 0.16Iron, cast, polished 0.21Iron, cast, oxidized 0.64Lead, shiny 0.08Lead, gray 0.28Lead, oxidized 0.63Lead, red oxide powder 0.93
Nichrome, Clean 0.65Nichrome, Oxidized 0.60 – 0.85Nickel, polished 0.05Nickel, no polish 0.11Nickel, oxidized 0.37Black Nickel 0.66Platinum, shinny 0.05Platinum, Black 0.93
Rhodium, polished 0.03Rhodium Flash (0.0002" over 0.0005" Ni) 0.10 to 0.18Silver, high end observatory telescope mirror type finish, fresh, 0.01Silver, highly polished 0.02 to 0.03Silver, polished 0.08Stainless Steel, buffed 0.16Stainless Steel, sandblasted 0.440Stainless Steel, oxidized at 800℃ 0.85Steel, polished 0.07Steel, fresh rolled 0.24Steel, red rust 0.69Steel, oxidized 0.79Steel, rough surface 0.96
Silicon Carbide 0.80 to 0.95
Titanium, high polish, 0.04Titanium Alloy C110M, Polished 0.08 to 0.19Titanium Alloy C110M, Oxidized at 1000F 0.51 to 0.61Titanium(6AL-4V) bar, as received (oxidized) 0.472Titanium(6AL-4V) bar, polished, not brilliant 0.10Zinc, highly Polished 0.02Zinc, Lightly Oxidized 0.11
Lampblack, 0.95Candle soot, 0.95Graphite, rough cut across grain, 0.98Charcoal powder 0.963M Black Velvet #9560 1.0Martin Black Velvet Paint 0.94Krylon regular Flat Black 0.95Krylon regular Gloss black 0.91Sherwin Williams White Paint (A8W11) 0.87Sherwin Williams White Paint (F8WJ2O3O) 0.82Krylon regular Flat White 0.95

Paints with specific pigments:Blue, Cu2O3 0.94Black, CuO 0.96Green, Cu2O3 0.92Red, Fe2O3 0.91White, Al2O3 0.94White, Y2O3 0.90White, ZnO 0.95White, MgCO3 0.91White, ZrO2 0.95White, ThO2 0.90White, MgO 0.91White, PbCO3 0.93Yellow, PbO 0.90Yellow, PbCrO4 0.93
Paints, Aluminum 0.27 to 0.6710% Al 0.5226% Al 0.30Dow XP-310 0.22Gum Varnish (2 coats) 0.53Gum Varnish (3 coats) 0.50Cellulose Binder (2 coats) 0.34Ice, smooth 0.97Ice, rough 0.98


以上是無風(fēng),自然對流情況下。

那么有強制對流的時候,噴漆的效果怎么樣呢?下面就來看看:

用一個90CFM 的風(fēng)扇對著樣品吹(方向是怎樣的不知道)。



左邊是噴漆的溫度,右邊是拋光的溫度,幾乎一樣。
是不是因為離的太遠(yuǎn)了呢?把它們放近一點:



左邊是噴漆的溫度,右邊是拋光的溫度。

當(dāng)靠得很近的時候黑色的會好一點,我覺得這是因為風(fēng)吹不到的部位熱量通過輻射散走了。而上邊離得比較遠(yuǎn)的時候,輻射對溫度的貢獻(xiàn)很小,因為對流散熱占據(jù)了絕大部分。

當(dāng)然文章還有一些有趣的討論比如人體對手電筒的影響的情況等等,有興趣的同學(xué)可以自己看看。我就不轉(zhuǎn)了。

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