La couleur de la peinture est-elle importante sur un dissipateur thermique?

La chaleur quitte un dissipateur thermique par conduction, convection et rayonnement. On m'a appris que les surfaces noires sont les meilleures pour rayonner la chaleur et, en conséquence, beaucoup de dissipateurs de chaleur sont noirs. Mais ils ont aussi des nageoires pour la convection. Et les grands dissipateurs de chaleur ont beaucoup de grandes ailettes. La convection semble donc importante.

Que se passe-t-il si, pour des raisons esthétiques, je dois peindre un dissipateur thermique en blanc brillant? Le blanc est bien sûr la meilleure couleur pour réfléchir le rayonnement thermique. Cela refléterait-il alors la chaleur à l'intérieur comme une dinde enveloppée de papier d'aluminium? Quelqu'un peut-il estimer une perte d'efficacité ou une augmentation compensatoire nécessaire de la notation?

Les radiateurs domestiques PS sont blancs.

PPS Qu'implique la "finition du matériau" dans la terminologie des dissipateurs thermiques? n'y répond pas tout à fait.

Ne peignez pas les dissipateurs de chaleur. La couche de peinture agira comme un isolant entre le métal et l'air, réduisant sa capacité à dissiper la chaleur.

Anodisation un dissipateur thermique est moins problématique. La couche d'anodisation est beaucoup plus fine que la peinture (quelques micromètres en aluminium par exemple), elle présente donc une résistance thermique bien inférieure à celle de la peinture.

La couleur de la peinture n'aura pas d'effet significatif sur le refroidissement à moins que différentes couleurs de peinture ne soient plus fines ou plus épaisses que les autres, ou si le dissipateur thermique est exposé à la lumière directe du soleil.

Oui, le noir a la plus forte émissivité (il absorbe également le mieux la réciprocité du rayonnement - ou la loi de Kirchoff sur le rayonnement thermique). Notez qu'il doit être "noir" aux longueurs d'onde pertinentes, qui ne correspondent pas nécessairement au noir dans le spectre visible.

Cela signifie que le transfert de chaleur radiatif sera maximisé si l'émissivité approche 1 (corps noir). Si votre dissipateur thermique «voit» des choses plus froides, il aura un meilleur refroidissement, et s'il voit des choses plus chaudes, il ne refroidira pas aussi bien.

Cependant, le transfert de chaleur radiatif n'est généralement pas si important que le transfert de chaleur conduit et (généralement le plus important pour les dissipateurs de chaleur à semi-conducteurs dans les environnements normaux) le transfert de chaleur par convection. Donc, généralement, la couleur n'est pas si importante par rapport à la conception de la dynamique des fluides de la façon dont l'air circule sur les ailettes et comment la chaleur est dirigée vers les ailettes. Les nageoires "voient" principalement les autres nageoires, donc le rayonnement a encore moins d'effet.

Il existe des exceptions pour ceux d'entre nous qui conçoivent des appareils électroniques qui doivent survivre dans le vide et / ou dans l'espace ou à de très hautes altitudes, et si l'élément dissipé par la chaleur (ou ce qu'il voit) est très chaud, le rayonnement peut devenir plus important (4e puissance de température).

Un exemple de situation où un dissipateur de chaleur brillant (à faible émissivité) pourrait être supérieur serait un dissipateur thermique de régulateur de tension en vue directe d'un radiateur, d'une lampe à incandescence ou d'un tube à vide.

N'importe quelle couleur de colorant que vous aimez peut être appliquée lors de l'anodisation, ou pas du tout, qui est appelée anodisation "claire". Normalement, l'aluminium oxydé (ce n'est pas un revêtement) est une couche isolante assez mince, mais dans certains cas, il peut être plus épais que quelques millièmes de pouce.

Edit: Faisons un calcul au dos de l'enveloppe pour voir à quel point le rayonnement est important. Je suppose qu'un modèle 530002B02500G dissipateur thermique d'Aavid Thermalloy. Il a une cote de convection naturelle de 2,6 degrés C par watt, ce qui, je crois, est évalué à une augmentation de 70 degrés C par rapport à la température ambiante.

Donc, si votre température ambiante est de 25 degrés C et que le dissipateur thermique est à 95 degrés C, la puissance totale dissipée sera de 27 W.

Quelle part de cela est due au rayonnement? Nous pouvons traiter le dissipateur thermique (à des fins de couplage radiatif uniquement *) comme un bloc de dimensions 64 mm x 25 mm x 42 mm (en ignorant l'encoche), ce qui représente une surface de 0,011 mètre carré.

La perte de chaleur due au rayonnement (en supposant une émissivité de 1) est

$q = \sigma A (T_H^4 - T_C^4)$$\sigma$ est la constante de Stefan-Boltzmann ~ 5.7E-8 (et les températures sont en Kelvin)

En substituant aux valeurs, nous obtenons un flux de chaleur de 6,4 W en raison du rayonnement à une température de dissipateur thermique de 95 degrés C et à une température ambiante de 25 degrés C, donc moins de 25% est dû au rayonnement dans des conditions optimales pour maximiser la perte de rayonnement. Il est plus probable que nous ayons une convection forcée et que la perte de chaleur par rayonnement soit de nouveau moindre. Un dissipateur thermique plus proche d'un cube aurait également moins de perte de chaleur due au rayonnement. Pas assez bas pour être ignoré, mais pas dominant.

• Pour le rayonnement, les circonvolutions du dissipateur de chaleur "voient" les autres surfaces du dissipateur de chaleur principalement, donc un bloc des dimensions extérieures est correct pour le rayonnement (dans une première approximation). Ils ont en fait pour effet de rendre l'émissivité effective plus proche de 1,0 que la surface elle-même, car une partie de la lumière qui n'est pas absorbée rebondira sur d'autres surfaces et aura une autre chance d'être absorbée (et la même chose à l'inverse, bien sûr pour le rayonnement de la chaleur, mais il est plus facile d'imaginer l'absorption de la lumière car nous pouvons voir la lumière visible et ne pouvons pas voir les longueurs d'onde infrarouges que le dissipateur thermique émet à des températures raisonnables - si votre dissipateur thermique est rouge, jaune ou bleu-blanc, vous en avez probablement d'autres problèmes).

J'avais l'habitude de vendre des revêtements haute performance, y compris des revêtements pour la gestion thermique, et ce n'est en aucun cas une question simple. Par exemple, un fournisseur a fabriqué deux revêtements qui étaient à la fois un noir mat avec une épaisseur de film sec recommandée de moins de deux mille et l'un a été conçu pour être un isolant et l'autre a été conçu pour être un revêtement dissipateur thermique. Les cas d'utilisation recommandés étaient respectivement des collecteurs d'échappement et des étriers de frein.

J'ai fait recouvrir les dissipateurs thermiques et j'ai fait quelques expériences et j'ai découvert que les dissipateurs à basse température fonctionnaient le mieux, suivis de l'isolant et que le revêtement radiant était le pire. À des différences de température élevées, le revêtement émissif a montré qu'il valait mieux que le métal nu et le revêtement isolant est également devenu plus efficace pour ralentir le transfert de chaleur.

J'ai également joué avec d'autres revêtements tels que les peintures conventionnelles qui étaient tous des isolants jusqu'à ce qu'ils prennent feu, et un revêtement isolant épais qui était le meilleur isolant jusqu'à ce qu'il fonde.

Conclusion: Cela dépend de votre température, du transfert de chaleur nécessaire et d'autres facteurs. Quel revêtement est le mieux adapté à vos besoins, mais l'utilisation d'une peinture standard n'aidera jamais un dissipateur thermique.

Les surfaces métalliques brillantes sont extrêmement bonnes à réfléchir, extrêmement pauvres à émettre des radiations. N'importe quoi ce que vous peignez (presque tout) améliorera le rayonnement thermique.

Les surfaces peintes en noir absorberont mieux la lumière du soleil, car la majeure partie de l'énergie contenue dans la lumière du soleil est ou autour du spectre visible. Mais à moins que votre dissipateur de chaleur ne soit si chaud qu'il brille, il n'émettra pas beaucoup de rayonnement dans le spectre visible, de sorte que sa couleur à l'œil est complètement hors de propos.

Les dissipateurs de chaleur à ventilation passive qui ne sont pas enfermés dans un récipient réfléchissant émettent une quantité importante de rayonnement. Je suis désolé, je n'ai pas les chiffres sous la main, mais c'est moins de 50%. Pour les ailettes parallèles qui sont de la même couleur, le rayonnement est équilibré par l'absorption, donc la couleur des ailettes internes n'a pas beaucoup d'importance, mais pour les surfaces exposées, elle a de l'importance.

Pour cette raison, vous verrez que les dissipateurs thermiques à air forcé à l'intérieur de votre ordinateur n'ont souvent pas de broches anodisées noires.

Les dissipateurs thermiques en aluminium exposés doivent être peints / anodisés de toute façon, pour éviter la corrosion, sinon vous devrez inclure des instructions telles que "ne pas utiliser avec 1000 mètres du bord de mer"

La propriété que vous recherchez probablement est l'émissivité.

Il existe 3 processus principaux par lesquels la chaleur est transférée:

• Conduction (mouvement de chaleur à l'intérieur du matériau)
• Convection (mouvement de la chaleur par le mouvement du matériau chauffé)
• Radiation

L'efficacité de chacun de ces processus dépend des matériaux en question et de la température ambiante. Le flux de chaleur total est la somme du flux de chaleur de chacun des processus à la frontière air / radiateur.

Le flux de chaleur radiatif composante du est proportionnelle à l'émissivité de la surface, à la température au quatrième et à la surface effective.

Jetez un œil à cette liste pratique d'émissivités à température ambiante .

Les émissivités les plus élevées se trouvent dans la glace, l'eau, le verre, le calcaire et la peinture (y compris le blanc); notez que tous ceux-ci ne sont pas noirs. En fait, il semble qu'en dehors des métaux polis, tous les matériaux ont une émissivité presque idéale.

En outre, comme indiqué dans la plupart des autres réponses, une couche de peinture agira comme un excellent isolant (pour la conduction à l'intérieur du dissipateur thermique).

Ne peignez pas le dissipateur de chaleur car il deviendra moins efficace pour diffuser la chaleur car vous aurez une couche supplémentaire couvrant votre dissipateur de chaleur. Le dissipateur de chaleur noir fait mieux pour dégager la chaleur, mais il présente un petit avantage

Si vous utilisez un ventilateur pour souffler votre dissipateur de chaleur, la couleur n'a pas vraiment d'importance.

"On m'a appris que les surfaces noires sont les meilleures pour rayonner la chaleur"

Ce n'est pas correct. Un objet noir absorbe un spectre de rayonnement plus large qu'un corps coloré, mais la couleur en elle-même n'a aucun effet sur l'efficacité d'un radiateur. De nombreux dissipateurs thermiques sont noirs parce que l'anodisation noire est un processus à faible coût qui empêche l'oxydation et la corrosion. BTW, c'est aussi un isolant, donc s'il est important qu'un transistor soit en contact électrique avec son dissipateur thermique, vous ne pouvez pas compter sur le seul contact physique.

Cela dépend de la conductivité thermique et du rayonnement de la peinture ...

Si vous avez de la peinture qui rayonne bien, vous pouvez y mélanger quelques grains pour augmenter la surface ... Une grosse sciure de métal en aluminium ferait l'affaire ...

Une surface noire absorbe et émet mieux qu'une surface blanche équivalente. Le meilleur choix de couleur dépend de l'environnement entourant le dissipateur thermique. Si dans un environnement sombre et froid, utilisez un dissipateur thermique noir. Si vous prévoyez que l'appareil rencontre un environnement lumineux ou une chaleur rayonnante, utilisez un dissipateur thermique blanc.