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热传导的基础理论
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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:
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:
Qcal1,2= Kcal1,2 Acs m1,2    W
平均热量Average Heat:
Qavg= Qcal1+ Qcal2      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:
  
△Tsurf=T6surf-T7surf     ℃
横截面积Cross Sectional Area
Acs=π0.5Dcal1+0.5Dcal22/4    m2
热阻抗Thermal Impedance:
Zθ =△Tsurf Acs / Qavg ℃-m2/W
 
其中:Kcal 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。

【 2009-12-29 】 【 打印本稿 】 【 关闭窗口
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