Disipadores térmicos enfriados por aire: ¿aletas horizontales o verticales?

La diferencia debe ser bastante dramática, debido a las características específicas del flujo de aire de convección libre.

Cuando las aletas se colocan verticalmente, el aire fluye a lo largo de todas las superficies de las aletas, el aire caliente se eleva y proporciona el mejor intercambio de calor posible. La superficie activa estará en ambos lados de las aletas y a lo largo de la superficie de la placa base. Por lo tanto, la superficie efectiva de intercambio de calor es la superficie completa de la aleta, que es 5-6 veces más grande que la superficie de la placa base del disipador térmico.

Cuando las aletas se colocan horizontalmente, el aire ascendente debe fluir a través de las aletas, con bolsas de aire estancado entre las aletas. Entonces, efectivamente, la superficie activa del disipador de calor será del tamaño de la placa base del disipador de calor. Por supuesto, habrá un escape de aire caliente de estos bolsillos, pero la velocidad de movimiento es mucho más lenta que cuando las aletas son verticales, sin obstrucciones para que escape el aire. Por lo tanto, la impedancia térmica de un disipador térmico con aletas verticales será 2-3 veces mejor (más pequeña) que cuando las aletas son horizontales.

También tenga en cuenta la distancia entre las aletas: las aletas tienen un espacio amplio, en comparación con los lavabos de aire forzado. Esto se hace para que las capas límite alrededor de las superficies de las aletas no se superpongan a lo largo del espacio entre las aletas, y el intercambio de calor sea óptimo. Un disipador de calor con aletas muy espaciadas se comportaría como un ladrillo sólido en condiciones de aire no forzado y no sería muy eficiente.

ADICIÓN: El enlace proporcionado por Janka en los comentarios contiene datos de simulación en apoyo de mi explicación de mano:

ADICIÓN 2: Tenga en cuenta que la diferencia anterior se modeló suponiendo que la superficie es de metal desnudo con una emisividad de 0.1. El efecto de la orientación de este disipador de calor en relación con el campo de gravedad se verá compensado por el hecho de que aproximadamente 1/3 del flujo de calor se emitirá en forma de radiación si el sumidero está anodizado o pintado de negro, lo que hará que la emisividad de la superficie sea por encima de 0.9. Y la radiación es omnidireccional. El otro factor que disminuiría el efecto de la orientación es el material del fregadero y la construcción de las aletas. Las aletas delgadas no conducen / transportan bien el calor de la placa de base a los bordes, y los bordes tendrán menos diferencia de temperatura con el ambiente, serán menos efectivos. El cobre funcionará mejor y hará más diferencia. Hay varios factores en juego en diferentes direcciones, por lo que el efecto exacto de la orientación es difícil de calcular, y solo un software sofisticado como FlowTherm o similar puede dar un resultado confiable. O un experimento. Aún un factor de 2 será una buena estimación del estadio de béisbol.