接触热导
接触热导(thermal contact conductance)是指二个固体在有热接触时的热传导。接触热导系数(thermal contact conductance coefficient)是有二个相接触的固体之间的热导率,也表示其导热的能力。接触热导系数的倒数称为接触热阻(thermal contact resistance)。
定义
编辑当二个固体相接触(例如图1的A和B),热会由较高温的物体流到较低温的物体。二个固体的温度分布大致如图1所示。在接触面上有明显的温度落差,这就是二个接触面之间接触热阻造成的影响。接触热阻定义为温度差和介面平均热流的比例[1]。
依照傅立叶定律,两物体之间的热流如下式所示:
其中 为热流, 为热传导率, 为截面积, 是延著热流方向的温度梯度。
考虑能量守恒,两物体之间的热流可以用以下方式计算:
可以看出热流和两物体的热传导率 和 ,接触面积 ,以及接触热阻 有关。而接触热阻的倒数即为接触热导系数 。
重要性
编辑大部份实验确定的接触热阻值在0.000005和0.0005 m2 K/W之间(其对应接触热导在200,000至2000 W/m2 K之间)。要知道接触热阻对整体的影响大不大,可以比较系统中各层热阻的大小,再和接触热阻比较。若系统是良好热导体(例如金属)组成,接触热阻的影响很大,甚至是决定整体的热阻,但若是针对隔热材质,接触热阻就可以忽略[2]。 在许多应用中,接触热导都是重要的参数,大部份是因为许多物理系统是由多个材料所组成的。以下是一些接触热导很重要的应用[3][4][5]。
参考资料
编辑- ^ Holman, J. P. Heat Transfer, 8th Edition. McGraw-Hill. 1997.
- ^ Çengel. Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer.
- ^ Fletcher, L. S. Recent Developments in Contact Conductance Heat Transfer. Journal of Heat Transfer. November 1988, 110 (4b): 1059–1070. Bibcode:1988ATJHT.110.1059F. doi:10.1115/1.3250610.
- ^ Madhusudana, C. V.; Ling, F. F. Thermal Contact Conductance. Springer. 1995.
- ^ Lambert, M. A.; Fletcher, L. S. Thermal Contact Conductance of Spherical Rough Metals. Journal of Heat Transfer. November 1997, 119 (4): 684–690. doi:10.1115/1.2824172.