等效熱阻概述

熱阻是反映阻止熱量傳遞的能力的綜合量。在傳熱學(xué)的工程應(yīng)用中，為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，有時(shí)通過(guò)減小熱阻以加強(qiáng)傳熱，而有時(shí)則通過(guò)增大熱阻以抑制熱量的傳遞。

當(dāng)熱量在物體內(nèi)部以熱傳導(dǎo)的方式傳遞時(shí)，遇到的阻力稱(chēng)為導(dǎo)熱熱阻。對(duì)于熱流經(jīng)過(guò)的截面積不變的平板，導(dǎo)熱熱阻為△x/(kA)。其中△x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(guò)程中，固體壁面與流體之間的熱阻稱(chēng)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(chēng)為輻射熱阻。如果兩個(gè)物體都是黑體，且忽略?xún)晌矬w間的氣體對(duì)熱量的吸收，則輻射熱阻為1/(A1F1-2)或1/(A2F2-1)。其中A1和A2為兩個(gè)物體相互輻射的表面積，F1-2和F2-1為輻射角系數(shù)，在后文會(huì)詳細(xì)介紹。

當(dāng)熱量流過(guò)兩個(gè)相互接觸的固體的交界面時(shí)，界面本身會(huì)對(duì)熱流呈現(xiàn)出明顯的熱阻，這種熱阻稱(chēng)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(guò)交界面時(shí)，沿?zé)崃鞣较驕囟劝l(fā)生較大的變化，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主要有:①增加兩物體接觸面的壓力，使物體交界面上的突出部分互相擠壓變形，從而減小縫隙，增大接觸面。②在兩物體交界面處涂上具有較高導(dǎo)熱能力的膠狀物體──導(dǎo)熱脂。例如在計(jì)算機(jī)的CPU和散熱器之間通常需要抹上一層導(dǎo)熱硅脂。

熱阻是熱量在熱流路徑上遇到的阻力，它反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小。熱阻越大，傳熱能力越小。熱阻表明了1W熱流量所引起的溫升大小，單位為℃/W或K/W。因此用熱功耗乘以熱阻，即可獲得該傳熱路徑上的溫升。可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)比來(lái)理解熱阻的意義。換熱量相當(dāng)于電流強(qiáng)度，溫差相當(dāng)于電壓，則熱阻相當(dāng)于電阻。