固体表面之间接触热阻的辨识研究

固体表面之间接触热阻的辨识研究

热能工程

《工业加热》 !""#年第 !期

固体表面之间接触热阻的辨识研究 饶荣水 (华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉 !"##$!)摘要：介绍了接触热阻的测量原理和传统的实验装置。从接触界面热耦合的角度，结合传热方程的数值解法和参数辨识方法，对实验数据进行整理。通过与文献中数据的对比，说明本方法的可行性。此方法对热物性变化较明显的实验，更能体现出优越性。关键词：接触热阻；实验研究；数值计算；参数辨识中图分类号：%&’(!文献标识码：)文章编号：’##(*’+",( (##")#(*##’+*#"

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等 U+*,V。接触热阻虽然可以通过理论进行预测，但最基本

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前

言

的还是通过实验手段进行测量。事实上，由温度场的测 ’’V量求解接触热阻属于导热反问题的范畴 U’#,,本文基于’"V介 Z9I_教授的研究工作 U’(,,绍接触热阻的反问题辨

自前苏联科学家&CM5ODC研究低温下液氦和固体表面间的热阻以来，人们对固体表面间的接触热阻进行了广泛的研究 U’A(V。对接触热阻产生的机理，传统的观点认为，由于两接触表面的实际接触面积只占名义接触面积的#G#’WX#G’W,这种接触状况引起热流的收缩，从而产生接触热阻。国内外对接触热阻的一般性和宏观的研究比较多，比如研究温度、接触压力、接触表面 !V形貌、粗糙度、热流方向等对接触热阻的影响 U",。描述

识方法。

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接触热阻实验研究简介 测量接触热阻的典型实验装置如图’所示，实验

测点的布置如图 (。通过测量试件’和试件 (上热电偶的温度值，并对测量结果进行直线回归，然后把回归值由外推到界面处，得到界面处的温降 !!;热流计温度的测量求出热流计上的温度梯度和热流密度"。这样，用式( )’可以算出界面处的接触热阻。

表面形貌的模型有 Y*J(模型、 Y<990@//P*J5885CN2/0)模 ZY% (, Z423 Y5S2/0,%3/NC2)型、 ZY& ( Z423, Y5S2/0,模型和 )H?-H[\模型。描述表面微凸峰由于&9/13)弹性变形、塑性变

形及弹塑性变形对接触热阻的作用机理模型，即凸峰形变模型主要有 Z423, Y5S2/0等提出的粗糙表面的弹性接触模型、 H<5P3C<,]/FC0/F5I3等提出的弹塑性接触模型和^C=C_等提出的主要适用于塑性粗糙表面静接触的粗糙表面随机过程模型。

‘9401等从统计热力学出发，把表面凸峰与统计热力 学的粒子进行类比研究接触热阻。田长霖教授等用分形理论对表面形貌和界面接触热阻进行研究 UaV。在冶金行业里，接触热阻广泛存在，比如连铸结晶器中渣膜与结晶器及铸坯之间的接触、轧钢中钢坯与轧辊之间的接触、换热器中钢管与翅片之间的接触 收稿日期： (##(*#$*’’;修回日期： (##(*#,*’#作者简介：饶荣水(,博士生，主要从事节能技术和强化’,$(* )男，传热方面的研究工作G图’接触热阻测点示意图

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