導(dǎo)熱系數(shù)反映的是物質(zhì)在單位體積下的導(dǎo)熱能力。實(shí)際上它反映了物質(zhì)導(dǎo)熱的固有能力。這種能力是由物質(zhì)的原子或分子結(jié)構(gòu)決定的。它是評(píng)價(jià)物質(zhì)之間導(dǎo)熱能力的參數(shù)。
熱阻系數(shù)其實(shí)是導(dǎo)熱系數(shù)與物體的幾何形狀相結(jié)合而體現(xiàn)的該形狀物體的導(dǎo)熱能力。對(duì)非均勻厚度的物體,均勻熱流密度的熱流通過物體后,兩端任意兩點(diǎn)的溫度差可能是不同的,也就是說(shuō),任意兩點(diǎn)間的熱阻可能是不同的。
談熱阻系數(shù),必須要明確這一點(diǎn):熱阻系數(shù)必須是指定的兩個(gè)點(diǎn)之間的熱阻系數(shù),并且兩點(diǎn)之間沒有其它的熱源。它反映的是特定兩點(diǎn)間的導(dǎo)熱能力。就是說(shuō),給定了熱阻值,同時(shí)必須明確給出計(jì)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)。偏離了這兩個(gè)位置點(diǎn),這個(gè)熱阻值就沒有意義了。
純就每種物質(zhì)而言,談熱阻系數(shù)是沒有太大意義的。因?yàn)閹缀涡螤畈煌?,熱阻就不同了。只有確定了幾何形狀,才可以利用熱阻系數(shù)的概念做導(dǎo)熱能力的比較。
同一種材料,截面積相同、長(zhǎng)度不同的柱體,它們的導(dǎo)熱系數(shù)是相同的,而它們兩對(duì)面的熱阻系數(shù)是不同的。
同一種材料,設(shè)計(jì)成不同的形狀,則不同幾何結(jié)構(gòu)之間,它們的兩個(gè)對(duì)面的熱阻可能不同。某些不同形狀的物體,熱源端某點(diǎn)到對(duì)面某點(diǎn)和到側(cè)面某點(diǎn)的熱阻可能相同。
在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的散熱器結(jié)構(gòu)時(shí),我們可能采用兩種方案:只用散熱器自然散熱和散熱器加風(fēng)扇散熱。在采用風(fēng)扇散熱時(shí),可以選取一個(gè)較小的散熱器,其與風(fēng)扇組合的散熱效果可能遠(yuǎn)優(yōu)于只采用一個(gè)較大的散熱器的效果。雖然小散熱器的熱阻系數(shù)大于大散熱器的熱阻系數(shù),但在兩個(gè)系統(tǒng)中,我們也不能單以兩個(gè)散熱器的熱阻系數(shù)大小來(lái)說(shuō)好壞。
基本分類熱阻系數(shù)是反映阻止熱量傳遞的能力的綜合參量。在傳熱學(xué)的工程應(yīng)用中,為了滿足生產(chǎn)工藝的要求,有時(shí)通過減小熱阻系數(shù)以加強(qiáng)傳熱;而有時(shí)則通過增大熱阻系數(shù)以抑制熱量的傳遞。
當(dāng)熱量在物體內(nèi)部以熱傳導(dǎo)的方式傳遞時(shí),遇到的熱阻稱為導(dǎo)熱熱阻。對(duì)于熱流經(jīng)過的截面積不變的平板,導(dǎo)熱熱阻為L(zhǎng)/(k A)。其中,L為平板的厚度,A為平板垂直于熱流方向的截面積,K為平板材料的熱導(dǎo)率。
在對(duì)流換熱過程中,固體壁面與流體之間的熱阻稱為對(duì)流換熱熱阻,1/(hA)。其中,h為對(duì)流換熱系數(shù),A為換熱面積。
兩個(gè)溫度不同的物體相互輻射換熱時(shí)的熱阻稱為輻射熱阻。如果兩個(gè)物體都是黑體(見黑體和灰體),且忽略兩物體間的氣體對(duì)熱量的吸收,則輻射熱阻為1/(A1 F 1-2)或1/(A2 F 2-1)。其中A1和A 2為兩個(gè)物體相互輻射的表面積,F(xiàn)1-2和F 2-1為輻射角系數(shù)。
當(dāng)熱量流過兩個(gè)相接觸的固體的交界面時(shí),界面本身對(duì)熱流呈現(xiàn)出明顯的熱阻,稱為接觸熱阻。產(chǎn)生接觸熱阻的主要原因是,任何外表上看來(lái)接觸良好的兩物體,直接接觸的實(shí)際面積只是交界面的一部分,其余部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內(nèi)氣體的熱傳導(dǎo)和熱輻射進(jìn)行傳遞,而它們的傳熱能力遠(yuǎn)不及一般的固體材料。接觸熱阻使熱流流過交界面時(shí),沿?zé)崃鞣较驕囟?T發(fā)生突然下降,這是工程應(yīng)用中需要盡量避免的現(xiàn)象。減小接觸熱阻的措施是:①增加兩物體接觸面的壓力,使物體交界面上的突出部分變形,從而減小縫隙增大接觸面。②在兩物體交界面處涂上有較高導(dǎo)熱能力的膠狀物體──導(dǎo)熱脂。
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