接觸熱導

當熱流通過兩物體的接觸表面時，由於表面接觸不完全而導致熱流線收縮，因此交界面產生明顯的溫度降，這樣形成的熱阻稱為接觸熱阻。隨著科學技術的發展，接觸熱阻問題在科學研究及工程實踐上，越來越得到重視。宇航、航空、核反應工程，電子技術、化工、機電、傳熱設備等工程上都需要減少接觸熱阻來加大熱通量，建立良好的導熱通路。另一方面，在低溫貯藏、冷凍、保溫隔熱等工程中，又需要增加接觸熱阻，達到熱絕緣的目的。由此可見，在許多熱設計和熱分析中，接觸熱導是十分重要的設計參數。

基本介紹

• 中文名：接觸熱導
• 外文名：Contact thermal conductivity
• 所屬領域：物理
• 套用領域：宇航、航空、核反應工程
• 目的：熱絕緣
• 研究領域：熱設計和熱分析

分類

從換熱角度來看，兩物體表面間的接觸可簡單分為以下三種情況：(1)兩接觸表面間既無外力連結，又無介質存在，此時的換熱效果最差，(2)兩表面間完全焊接為一體，連結後其換熱效果最好，(3)介予上述兩種極端情況之間，也是工程中常遇到的。當兩物體表面接觸在一起時，實際接觸面積與材料性質、表面粗糙度、表面平整度、接觸壓力等因素有關。從微觀來看，表面形貌並不平滑，而是非常凹凸不平，實際接觸面積只有名義接觸面積的0.1%。

主要形式

接觸面問的熱交換主要通過以下三種方式進行：(1)熱流通過實際接觸面積的固體傳導，(2)熱流通過空隙中的圈體、流體及氣體填料進行熱傳遞，(3)裂縫間的熱輻射。

影響因素

影響接觸熱導的因素主要有接觸界面的溫度、接觸副的熱物性、接觸副的力學性能、接觸壓力以及載荷載入步驟等。

粗糙表面間的接觸熱導不僅僅與接觸載荷、間隙介質等外在因素有關，還與接觸界面的溫度有關，而溫度對接觸熱導的影響主要體現在如下幾個方面：

(1)溫度影響接觸副的導熱係數。通常，物質的導熱係數隨溫度具有一定的變化規律，接觸熱導與接觸副的等效導熱係數成正比，因此接觸副的導熱係數越大，接觸熱阻也越大。

(2)溫度影響接觸副的力學性能。對於大部分的金屬材料而言，隨著溫度的升高，其塑性增加，硬度下降，因此，在相同載荷下，溫度越高，接觸副之間的接觸面積越大，接觸熱導越大。

(3)溫度影響接觸間隙之間的輻射傳熱。根據本文的計算分析，以及文獻報導，在常溫和低溫情況下，輻射換熱在接觸換熱中所占的比例非常小，完全可以忽略，但是在高溫條件下(大於400K)輻射的影響是值得考慮的。

(4)溫度影響接觸副的表面形貌。對接觸副(多晶體固體)加熱前後的表面微觀情況進行了比較，發現加熱之後，表面輪廓算術平均偏差以及表面微觀不平度十點高度均有下降，作者所測得的一系列實驗數據表明，隨著溫
度的升高接觸熱導逐漸升高。

接觸熱導主要與接觸載荷、接觸副硬度、接觸副等效導熱係數相關。而後兩個參數與接觸副的溫度相關，通常，溫度對等效導熱係數的影響較小。然而，溫度對接觸副硬度的影響則較為複雜，相關資料較少，因此很難定量分析接觸副硬度對接觸熱導的影響。對於金屬材料而言，隨著溫度升高，材料的塑性增加，硬度下降。因此，接觸熱導隨著溫度的升高而增大，其變化規律受到硬度一溫度關係的約束。