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热阻与热阻抗

热阻与热阻抗
热阻与热阻抗

热传导的基础理论

傅立叶方程

对界面材料的热传导,一般按一维来处理,其热传导过程可用傅立叶方程描述:

Q=KA△T/d┄┄┄┄┄┄┄(1)

式中:K:导热系数,W/m.k A:接触面积,m2 Q:趁热量,W

△T:热量流入面与流出面之间的温差,℃ d:壁面的厚度,m

导热系数

导热系数是描述材料导热能力的一个物理量,为单一材料的固有特性,与材料的大小、形状无关。而对于采用玻璃丝网或聚合物膜加固的界面材料,由于其导热系数取决于不同材料层的相对厚度及导热的方向性能,所以用相对导热系数来表征材料的导热性能更合适。

热阻

热阻表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为:

Rθ=d/K (2)

对于单一材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系。

热阻抗

对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其热阻和与接触表面间的接触热阻之和,表示如下:

Zθ=d/(K.A)+Ri (3)

表面平直度、表面粗糙度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件,其影响因素有:接触面积A:接触面积增加,装配热阻即减小。

材料厚度d:绝缘厚度增加,材料的装配热阻增大。

装配压力(Pressure):在理想条件下,装配压力增加,热阻减小,但压

力增加到一定值后,热阻减小的幅度很小,该点的压力则为材料的最佳

压力值。另外,装配热阻的大小还跟测试方法有关。

界面材料的测试方法

热阻抗的测试方法

ASTM D5470规定的测试方法

遵照美国ASTM D5470-93标准其测试原理图如右图所示:

测试头为圆柱体:截面积1in2

表面粗糙度:小于1μm

材料为:铝6160 T6

加热块及平衡加热器材料为:铜

压力:500PSI±1psi

平衡判定:10分钟内温度变化:小于1℃

ASTM D5470

测试方法示意图

计算方法为:

热量(Heat):

Q cal1,2= Kcal1,2 A cs m1,2 (W)

平均热量(Average Heat):

Q avg=( Q cal1+ Q cal2) (W)

表面温度(Surface Temperature):

T6,7surf- T6,7=( T3,7- T6,10) d6,7surf/ d3-6 , 7-10

(℃)

表面温差(Surface Temperature Difference):△T surf=T6surf-T7surf (℃)

横截面积(Cross Sectional Area)

A cs=π(0.5D cal1+0.5D cal2)2/4 (m2)

热阻抗(Thermal Impedance):

Zθ =△T surf A cs / Q avg (℃-m2/W)

其中:K cal 1,2-测试头的导热系数; dx-y-测试头测点间的距离。

m1,2-测试头上单位长度的温度变化;Tx-在位置X处测得得温度。

D 1,2-测试头1,2的直径。

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