热接触阻力
在电流流动和热流动之间模拟很有用,当需要满意地描述两个传导介质的界面上的传热时,这种有用性是显而易见的。由于机械加工的局限性,当两个固体表面压在一起时,不会永远形成理想接触。两个接触的表面由于其粗糙性,表面之间始终会存在微小的空气间隙。
通过两个接触面之间的界面,存在两种模式的传热。第一种是通过固体到固体接触的点的传导传热(Q传导),这种传热非常有效。第二种是通过填充间隙的空气的传导传热(Q间隙),由于空气的热导率较低,这种传热可能很弱。为了论述热接触阻力,在两边具有传导介质的一组物体中加上界面传导率 hc,如下图所示。
传导率 hc 与对流传热系数相似,它具有相同的单位 (W/m2 oK)。如果 ΔT 是区域 A 的界面上的温差,则传热速率 Q 可以由 Q = A hc ΔT 公式计算。利用电热模拟,可以写出 Q = ΔT/Rt,其中 Rt 是热接触阻力,由 Rt = 1/(A hc) 公式计算。
界面传导率 hc 取决于以下因素:
接触面的表面粗糙度。
每个面的材料。
将表面压在一起的压力。
两个接触面之间的间隙中的物质。
下表显示了对于正常表面粗糙度和中等接触压力(1 到 10 atm)的界面传导率的一些典型值。除非指出,否则空气间隙没有抽空:
接触面 | 传导率 (hc) (W/m2 oK) |
---|---|
铁/铝 | 45,000 |
红铜/红铜 | 10,000 - 25,000 |
铝/铝 | 2200 - 12000 |
不锈钢/不锈钢 | 2000 - 3700 |
不锈钢/不锈钢(已抽空间隙) | 200 - 1100 |
陶瓷/陶瓷 | 500 - 3000 |
下表列出了真空条件下金属界面的热接触阻力:
热阻,R热X10-4 (m2.K/W) | ||
---|---|---|
接触压力 | 100 kN/m2 | 10,000 kN/m2 |
不锈钢 | 6-25 | 0.7-4.0 |
铜 | 1-10 | 0.1-0.5 |
镁 | 1.5-3.5 | 0.2-0.4 |
铝 | 1.5-5.0 | 0.2-0.4 |
内容
热传导的电模拟
热接触阻力 - 范例
定义热接触阻力