冷却风扇的选择计算篇「开放箱体中的散热能力计算」的解说。东方马达向世界提供工业用精密小型电动机和控制用电电子回路的开发、制造、销售服务。

3-1. 密闭箱体中的散热能力计算的结果不满足要求规格，因此需要求出开放箱体中的总散热量。

通气孔面积：A = 0.05㎡ (0.5m × 0.01m × 10个)
通气孔面积： A = 0.05m2 (0.5m × 0.01m × 10个)

开放箱体中的总散热量（Q）的计算方法

$$\bbox[8pt, border: 1px solid #ccc]{\text { 总散热量 }{Q} = \text { 箱体面积上的散热量 }[\mathrm{W}]\ +\ \text{通气孔的自然冷却散热量}\ [\mathrm{W}]}$$

在开放箱体的情况下，除了箱体面积上的散热量（QW）之外，还包括通气孔的自然冷却散热量（QV）在内的总散热量。
箱体面积上的散热量（QW）的计算式与密闭箱体的情况下相同。

$$\bbox[8pt, border: 1px solid #ccc]{\text { 箱体面积上的散热量 }{Q_w} = {K}\ \times\ {S}\ ({T_1}-{T_2})}$$
$$\bbox[8pt, border: 1px solid #ccc]{\frac{1}{\text { 热通过率 } K}=\frac{1}{\alpha_1}+\frac{\iota}{\lambda}+\frac{1}{\alpha_2}}$$

通气孔的自然冷却散热量（QV）的计算式如下。

$$\bbox[8pt, border: 1px solid #ccc]{\text { 通气孔的自然冷却散热量 }{Q_V} = \sigma\ \times\ {C_P} \times{v} \times{A}\times ({T_1}-{T_2})}$$
  • QW
    箱体面积上的散热量 [W]
    S
    箱体的有效表面积 [m2]
    α1
    内侧的热传递率 [W/m2・K]
    α2
    外侧的热传递率 [W/m2・K]
    σ
    空气的比重 [kg/m3]
    v
    通风孔中的空气流速 [m/s]
  • K
    热通过率 [W/m2・K]
    T1
    目标温度（设备内部温度） [℃]
    T2
    环境温度 [℃]
    λ
    隔墙的热导率 [W/m・K]
    CP
    空气的定压比热 [J/kg・K]
    A
    通风孔面积 [m2]

关于热通过率、热传递率、热导率的详细信息，请参阅此处。

开放箱体中的总散热量（Q）的计算示例

步骤

① 求热通过率（K）和箱体面积上的散热量（QW）

② 求通气孔的自然冷却散热量（QV）

③ 求开放箱体中的总散热量（Q）

求热通过率（K）和箱体面积上的散热量（QW）

利用3-1. 密闭箱体中的散热能力计算的结果。

热通过率 K = 2.32 [W/m2・K] 箱体面积上的散热量 QW = 128.06 [W]

求通气孔的自然冷却散热量（QV）

根据箱体的规格，求通气孔的自然冷却散热量（QV）。

\(\begin{align}\text { 通气孔的自然冷却散热量 }{Q_V} & = \sigma\ \times\ {C_P} \times{v} \times{A}\times ({T_1}-{T_2})\\[ 5pt ] & = 1.09\ [\mathrm{kg}/\mathrm{m^3}]\times 1000\ [\mathrm{J}/\mathrm{kg}\cdot\mathrm{K}]\times 0.1 [\mathrm{m}/\mathrm{s}]\times 0.05 [\mathrm{m^2}]\times (45\ [^\circ\mathrm{C}] - 25\ [^\circ\mathrm{C}])\\[ 5pt ] & = 109\ [\mathrm{W}] \end{align}\)

要求规格

  • σ（空气的比重）：1.09 [kg/m3]
  • CP（空气的定压比热）：1000 [J/kg・K]
  • v（通风孔中的空气流速）：0.1 [m/s]
  • A（通风孔面积）：0.05 [m2]
  • T1（目标温度）：45 [℃]
  • T2（环境温度）：25 [℃]

求开放箱体中的总散热量（Q）

根据箱体面积上的散热量（QW）和通气孔的自然冷却散热量（QV），求开放箱体中的总散热量（Q）。

\(\begin{align}\text{ 总散热量 }\mathrm{Q} & = \text{ 箱体面积上的散热量 }[\mathrm{W}] + \text{ 通气孔的自然冷却散热量 }[\mathrm{W}]\\[ 5pt ] & = 128.06\ [\mathrm{W}] + 109\ [\mathrm{W}]\\[ 5pt ] & = 237.06\ [\mathrm{W}] \end{align}\)
箱体内部的发热量 QX = 450 [W]

由于箱体内部的发热量小于开放箱体中的总散热量，因此开放箱体不满足要求规格。
由于密闭箱体和开放箱体都不满足条件，因此在本次示例中需要安装冷却风扇。

下一页将计算冷却风扇产生的散热能力。