浮力：自然对流的驱动力

什么是浮力？

浮力能够让船只漂浮，热气球升空。海洋中的海水与天空中的空气能够相互分隔，也是浮力作用的结果。这是因为这些不同流体的密度存在差异。

浮力是流体分子不停运动、相互碰撞并撞击周边物体，产生分子动能后形成的压力。这种动能会向各个方向施加作用力，而与之抗衡的最主要外力是重力。

浮力的大小取决于流体的密度。密度更大或温度更低的流体，分子动能弱于活跃度更高的流体，对周围分子施加的压力也更小。由于这类流体产生的压力更小，相较于温度更高的流体，重力对其影响会更大。这就是冷空气下沉、热空气上升的原因。

浮力是自然对流的驱动力。热源加热后的空气与周围环境空气形成压差，推动热空气向上流动，脱离热源。空气携带所吸收的热量向上流动，从而将热量带离热源周边区域。温度更低的环境空气随即流入，取代向上流动的受热空气。热空气上升、冷空气补入，由此形成持续的气流，无需任何主动机构来驱动。

自然对流散热的一大优势是无需在产品中加装风扇，就能实现热传递，也就不会产生额外成本与装配工时。风扇或鼓风机由电机驱动，长期运行会产生磨损甚至故障，因此会降低设备整体可靠性。

浮力使流体逆重力向上流动，因此散热表面的布置方向应与重力矢量方向保持一致。该散热表面通常就是散热器。散热器表面的最长边应沿竖直方向布置。这样，冷空气接触散热器底部后就会向上流动，并在流动过程中持续被加热，从而进一步增大压差。

优化翅片间隙进风量以及散热器高度，就可以充分利用自然对流，为安装在散热器表面的器件散热。性能良好的自然对流散热器，翅片间隙通常约为 0.25″(6.35 mm)。该间隙可留出足够空间容纳各个翅片表面形成的边界层，同时还可以保证热空气能够向上流动。

自然对流依靠重力推动浮力气流，因此设计人员必须考虑散热器的安装朝向。理想情况下，散热器翅片的气流长度应与重力矢量处于同一轴线。由此形成流通通道，空气受热后密度降低，可自然向上升腾。

如果受应用条件限制，翅片气流长度无法保持垂直方向，则应让翅片顶端朝上，散热器底座朝下。

需要避免两种散热器安装朝向：底座侧向布置且流动长度横向延伸；或底座朝上布置。以上两种朝向都会阻碍热空气顺畅离开散热器向上流动，削弱自然对流散热效果。

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