同心圆柱套筒间接触热阻的研究（二）：参数影响分析

应用同心圆柱套筒间接触热阻的三维稳态传热数学模型，分析了不同几何形状参数对收缩热阻的影响，给出了收缩函数Ａ的极限值表达式；还讨论了热物参数和接触上的压力对接触热阻的影响。     

真空低温下卫星常用材料接触热阻的试验研究

真空、低温环境下接触热阻的准确测量对于卫星内部热控制具有重要的实际意义。自行搭建了一套优化的基于稳态法测量接触热阻的试验平台,用于在真空、低温环境下测量由螺栓压紧的材料间的接触热阻。测量了卫星中常用接触对（铝合金-铝合金、铝合金-玻璃钢、铝合金-聚酰亚胺）在不同温度、不同预紧力矩下的接触热阻,研究了预紧力矩、温度、材料对接触热阻的影响,结果表明：玻璃钢与聚酰亚胺的隔热性能优于铝合金;3种接触对的接触热阻均随温度升高而减小,随螺栓预紧力矩的增大而减小。     

线性导热条件下同心圆弧表面间

从接触热阻的基本概念出发,在同心复合圆筒体平面应力的条件下,分析了稳定态线性热传导对接触热阻的影响,建立了总温差与无因次接触压力和无因次接触热阻的关系,并计算分析了复合圆筒体的组成材料、配合程度和表面粗糙程度对无因次接触热阻的影响.所提出的理论分析方法及计算结果,对同类情况下工业热接触的数学模化和数值模拟具有一定的参考价值.     

线性导热条件下同心圆弧表面间接触热阻的温度效应

从接触热的基本概念出发,在同心复合圆筒体平面应力的条件下,分析了稳定态线性热传导对接触热阻的影响,建立了总温差与克因次接触压力和无因次接触热阻的关系,并计算分析了复合圆筒体的组成材料、配合程度和表面粗糙程度对无因次接触热阻的影响,所提出的理论分析方法及计算结果,对同类情况下工业热接触的数学模化和数值拟具有一定的参考价值。     

接触热阻对超声速飞行器结构响应分析的影响

在超声速飞行中,界面间接触热阻对结构传热有重要的影响。在超声速飞行器设计与安全评估中,需要准确判断接触热阻对结构响应的影响。为此,形成考虑接触问题的热力直接耦合有限元计算方法,建立了超声速飞行器前缘结构局部模型,通过CMY(Copper-Mikic-Yovanovich)模型获得了界面间接触热阻,计算了超声速飞行中考虑与不考虑接触热阻时飞行器前缘的结构响应。结果表明:在仿真中考虑接触热阻大幅改变了结构的温度与应力响应,并增强了温度场与应力场间的双向耦合关系。同时,载荷大小决定了接触热阻对结构应力场的影响程度。     

粗糙表面接触热阻的分形描述

空间制冷系统对精密探测元件的冷却是通过固体接触导热实现的，在真空低温环境下，它的冷却效果取决于界面的接触热阻．为了研究真空下接触界面的传热机理及其影响因素，采用Cantor集分形理论对固体粗糙表面的拓扑形貌进行了描述，基于固体的弹塑性理论解决了塑性守恒条件下的表面粗糙度在法向载荷作用下的变形问题，推导出基于分形理论的递归接触热阻网络模型理论．同实验数据的比较表明，理论计算和实验结果吻合良好，该模型能较好地描述接触界面的传热现象．     

不同载荷下的球轴承内部接触热阻计算

针对球轴承滚动球体与内、外滚道之间的不完全接触而引起的接触热阻,结合半空间椭球坐标系拉普拉斯温度分布方程,提出了滚动球体与内、外滚道之间接触热阻的理论计算方法.以赫兹接触理论为依据,研究了轴承内部载荷分布和椭圆接触区域参数的确定方法.分析了不同载荷对轴承内部接触热阻的影响.高速进给系统平台的实验结果表明理论值和实验测试值的最大误差仅为4.62％,该方法为不同载荷条件下球轴承内部接触热阻的解析计算提供了一种有效方法.     

变压器绝缘纸热阻特性的理论分析与实验研究

利用双热流计法设计实验,在同一温度下对不同厚度绝缘纸的热阻进行测量,得到关于单位面积热阻与厚度的关系,通过对实验数据的分析实现接触热阻和体热阻的分离,以求得该温度下绝缘纸的导热系数和接触热阻。由AFM表面微观形貌图对每个热流通道的接触分热阻建立锥截体模型,并选用Hertz弹性模型描述接触表面的弹性形变,再利用高斯分布求得表面凸起的接触概率,即可求得表面接触热阻的大小,实验结果表明,绝缘纸的平均导热系数为0. 069 8W/(m·K),绝缘纸与紫铜间面积接触热阻为0. 002 67m~2K/W,接触热阻的数值计算值为0. 002 45 m~2K/W。绝缘纸与紫铜间面积接触热阻的实验值与数值分析结果的相对偏差为8. 98%。     

粗糙势能对Frenkel-Kontorova晶格热传导性能的影响

采用非线性分子动力学方法，通过计算机模拟，研究了粗糙势能的高度和频率对Frenkel-Kontorova晶格负微分热阻和热导率的影响.结果表明:粗糙势的高度和频率减小了负微分热阻(NDTR)出现的范围；热导率是粗糙势能高度和频率的函数，存在一个最佳的粗糙势能高度，热导率达到最大值；热导率随着粗糙势能频率的增加而单调降低.研究结果揭示了粗糙势能对热传导性能的影响，对低维材料非线性反应机制及热流控制器的应用研究具有参考价值.     

机械结构中的接触热阻

论述了接触热阻在机械工程和机床研究中的应用；接接触突峰宰化为圆锥接触模型，经出了计算单点接触热阻的新公式；在分析机械加工表面微形状和接触变形的基础上，推出了计算多点接触热阻的理论算法；对所提出的算法进行了实验验证。     

接触热阻对环肋稳态换热的影响

一些风冷式换热器的肋片或电子元器件上的散热片,它们以一定预紧力缠绕或镶嵌在管的外表面．当安装不好或由于热应力作用使预紧力消失,肋片与管表面接触热阻会明显增大．文中通过对环形肋片的稳态换热分析,研究了肋基存在接触热阻时对肋片换热的影响．理论分析和计算表明,接触热阻的存在对环肋的散热有明显的不良影响,且对小尺寸肋片散热的影响更加明显．当接触热阻增大到１０－３（ｍ２·°Ｃ）／Ｗ的量级时,可使散热减小５０％以上．因此,对镶嵌或安装在管外的肋片,应选形成接触热阻小的金属,并应使表面尽量光滑．肋片一定要以较大预紧力安装在肋管上,保证接触热阻小于１０－４（ｍ２·°Ｃ）／Ｗ．     

封闭加固型计算机板卡锁紧结构接触热阻分析

针对封闭加固型计算机芯片冷板和机箱导轨间的界面传热问题,利用有限元软件对两种常用的导轨锁紧结构(3J和5J结构)进行了建模与分析,通过比较接触压力和接触热阻分布特点,发现在相同条件下5J结构具有更低的接触热阻.随后,以5J结构为研究对象,详细分析了螺栓扭矩和表面粗糙度对其接触热阻的影响,发现增加螺栓扭矩或减小表面粗糙度虽然都可以减小接触热阻,但增加螺栓扭矩引起的热阻降幅较小,且还会产生较高的接触压力,不利于长期使用.原因分析表明:机箱导轨刚度不足是导致界面接触不均、热阻分布不均和平均热阻偏大的主要原因,因此对机箱导轨的结构与尺寸进行了优化.计算表明,优化后的结构不仅显著降低了接触热阻,而且大幅减小了界面接触压力,减小效果在螺栓扭矩较大、表面粗糙度较小时更为明显.     

有温差两杆件接触的热传导问题

研究具有不同初始温度的杆件相互接触后产生的热传导问题。首先用Laplace变换把一维瞬态热传导方程化为易于求解的常微分方程，然后应用留数定理作Laplace反变换，第一次得到两杆件接触后温度随时间变化的解析解，考虑了接触热阻对杆件传热特性的影响，给出了对工程实际有应用价值的计算曲线。     

一种改进的粗糙表面法向弹塑性接触解析模型

针对现有各种粗糙表面接触模型存在的不足,提出一种改进的粗糙表面法向弹塑性接触解析模型,该模型同时考虑了微凸体完全弹性、弹塑性和完全塑性3种变形状态。对完全弹性和完全塑性变形阶段,采用经典弹性接触和塑性接触力学公式进行建模;对混合弹塑性变形阶段,提出一种利用低阶椭圆曲线插值进行解析建模的方法。进一步,利用概率统计分析方法建立了粗糙表面法向弹塑性接触模型。将该模型与公开文献中的其他模型进行了对比,结果表明:该模型能够描述出微凸体接触状态变量随法向接近量单调、连续和光滑的变化过程,并且能够对粗糙表面法向弹塑性接触行为进行建模;模型的预测结果和基于有限元结果的经验模型的预测结果接近。     

高压下碳纳米管阵列与金属接触热阻研究

碳纳米管具有很高的轴向热导率,近年来基于碳纳米管阵列的热界面材料得到了广泛的关注.但碳纳米管阵列与金属间的接触热阻较大,通常在10mm~2·K/W以上,限制了其实际应用.目前通过化学成键等方法可将其界面热阻降至0.6mm~2·K/W,但这些方法都需要牺牲碳纳米管耐高温的特点.为保证其耐高温特性,通过施加压力的方法降低了碳纳米管阵列与金属间的接触热阻.对于高度为800μm的碳纳米管阵列,当压力为1.49 MPa时,测量得到的碳纳米管阵列-Au界面接触热阻为1.90~3.51mm~2·K/W,接近化学成键法的结果并且远小于小压力作用下的热阻,这一结果为进一步减小碳纳米管的接触热阻提供了新的思路.     

降低固-固界面热阻方法研究进展

降低固-固界面热阻法是一种高效且应用广泛的减小器件传热阻力的方法。根据固-固界面状态增加界面的有效接触，可强化界面热传导。首先，概述了固-固界面热阻的产生机理；其次，梳理了界面状态（平面接触和沟槽接触）、粗糙度、界面压力、热界面材料等固-固界面热阻影响因素的作用机制；第三，介绍了降低固-固界面热阻方法的最新进展；最后，分析了降低固-固界面热阻研究存在的问题，并对其研究前景进行了展望，提出未来应从界面结构、压力/平面度、固-固接触材料本身的物性参数、超薄黏合层热界面材料等单独或共同作用的方向上深化降低界面热阻的研究，为其在强化电子散热领域的应用提供理论和实验支持。     

采用叠片法的黄铜低温接触热阻测量

以往低温接触热阻测量研究主要集中于液氮温区及以上，77 K以下温区的固体接触热阻数据鲜有报道.基于RDK-408D2型二级G-M低温制冷机，采用叠片法测量不同粗糙度和螺栓转矩下黄铜样品在10～30 K温区的接触热阻，并讨论不同因素对接触热阻的影响程度.结果表明：该温区黄铜接触面接触热阻值在6.89×10^-4～1.86×10^-2 m²·W/K之间，接触面粗糙度越小、温度越高、螺栓转矩越大，接触热阻就越小，结论与常规定性认识相符.该低温实验数据能够为相关低温应用设计中的连接热阻计算提供一定支持.     

用接触分热阻讨论接触热阻问题

为预测接触热阻,引入了接触分热阻概念,把接触热阻视为两个接触物体之间接触分热阻的串联,通过建立单热流通道上接触分热阻的截锥体模型及热流通道上的温度分布方程,研究了接触热阻中的三维传热现象。对该模型进行数值求解后得到截锥体接触模型上的温度分布情况,继而通过大量的数值计算,拟合出了一个求解单热流通道上接触分热阻的计算式。研究结果,在较大的范围内该式的计算值同数值解法的结果较为吻合,如果以这样单热流通道作为接触面上的当量单热流通道,则可以预测整个接触面上的接触热阻。     

翅片管热疲劳试验及接触热阻测定

介绍了所建立的以高温导热油为载体的接触热阻试验台，热疲劳的最高温度呆达２８２℃，提出了接近工业操作工况的管内用高温导热油加热，管外在吸风式风洞中冷却的管束整体热疲劳方法及热疲劳试验条件与接触热阻测定条件分开的方法，对国内近年来研制成功的整体轧制双金属翅片管进行了不同极限温度的热疲劳试验，测定了管束平均接触热阻。     

基于接触热阻的磨齿机Z轴导轨热特性分析

大规格数控(CNC)成形磨齿机Z轴进给系统在加工过程中产生大量热量,导致立柱及导轨的倾斜、俯仰变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论计算结合面间的接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻建立综合有限元模型,获得热误差有限元仿真结果。分析了在是否考虑接触热阻情况下,Z轴导轨温度及热变形变化差异。最后搭建Z轴进给系统热误差测量试验平台,验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度变化及热位移量与试验值基本一致。