тепловыделение в ваттах оборудования в коробке

Ваша проблема в том, что вы смотрите не на ту часть теплового уравнения. Теплоотдача нагретого металлического ящика определяется тепловым сопротивлением поверхности раздела металл/воздух, а не теплопроводностью самого ящика. Определение теплового сопротивления этого интерфейса будет затруднено без проведения дополнительных измерений.

С практической точки зрения самым простым решением будет увеличить размер нагревателя и использовать термостат для поддержания заданной температуры в корпусе — это сделает точный размер нагревателя неважным, а также будет означать, что температура останется стабильной даже при при изменении температуры окружающей среды.

Теплопроводность алюминиевых стен практически не имеет отношения к проблеме (тепловое сопротивление стен, скорее всего, пренебрежимо мало). Это вопрос о тепловых свойствах прямоугольного ящика при свободной конвекции в поле силы тяжести. В постановке задача не имеет простого решения и требует привлечения CFD - вычислительной гидродинамики. Результат будет зависеть от ориентации коробки и от того, является ли окружающий воздух неподвижным или движущимся. Существует огромное количество инженерных статей для оценки тепловых режимов ограждений, таких как эта , хотя она довольно невежественна (расстояние между ребрами слишком мало для развития хорошей естественной конвекции).

Вот лучшая статья о том, как получить доступ к теплопередаче через герметичный корпус электроники, вот общий набросок проблемных компонентов,

С внешней стороны необходимо учитывать естественную конвекцию вокруг вертикальных поверхностей ограждения, от верхней и нижней горизонтальных поверхностей (передаточные свойства во всех трех случаях разные) и радиационный обмен. Для внутренней конвекции действуют те же факторы, и они также нуждаются в расчетах/оценках. Таким образом, здесь задействовано множество факторов, и возможны только грубые оценки.

Вы используете неправильные температуры в своем уравнении и вообще неправильное уравнение. Чтобы это уравнение работало, вам нужно измерить температуру внутренней и внешней алюминиевых поверхностей, а не температуру воздуха. Но учитывая очень низкий дифференциал там, это упражнение было бы бессмысленным.

В качестве первого приближения вы можете просто рассчитать рассеяние блока материала с разницей в 10 градусов и той же площадью поверхности коробки. Уравнение очень похожее, но важным фактором является не теплопроводность коробки, а коэффициент конвекции тепла для воздуха и общая площадь поверхности.

$T_s$температура поверхности,$T_a$температура наружного воздуха, а А - общая площадь поверхности. При небольшом перепаде температур и неподвижном воздухе h может быть ниже$10 W/(m^2 K)$

Но если вы используете температуру воздуха, это приблизительная оценка, поскольку она игнорирует то, что внутренняя температура также должна быть связана с воздухом и коробкой, и что часть тепла также излучается.

Было бы лучше, если бы вы непосредственно измеряли температуру поверхности коробки.

Но в вашем приложении я бы сделал две вещи:

1. Добавьте немного негорючей пеноизоляции внутрь коробки. Даже несколько миллиметров, покрывающих внутренние поверхности, будут иметь большое значение.
2. Если этого недостаточно, добавьте резистор, чтобы рассеять несколько дополнительных ватт.

Вы можете сэкономить время, если просто поэкспериментируете с парой известных уровней мощности (парой резисторов и источником питания) и напрямую рассчитаете коэффициент теплопередачи воздух-воздух для вашей конкретной коробки.

Если вы хотите регулировать температуру и вам нужна относительно небольшая мощность, вы можете напрямую использовать термистор с положительным температурным коэффициентом. Или вы можете соединить термистор с транзистором для увеличения рассеяния.