基于多块格子Boltzmann方法模拟接触热阻

本文基于OpenMP并行语言,采用拼接式的多块格子Boltzmann方法研究了接触压力、粗糙度、间隙介质导热系数对接触热阻的影响规律。结果表明:铝之间的接触热阻随着接触压力的增加而降低,随着粗糙度的增加而增加;当块体气凝胶之间的间隙填充空气时,气凝胶之间的接触热阻随压力的增加变化不大;而当气凝胶间隙趋于真空时,接触热阻随压力的增大而降低;间隙介质的气体导热对于接触热阻起着关键的作用,在低接触压力时。气凝胶间隙趋于真空时的接触热阻是填充空气的大约50倍。     

基于拉曼散射的石墨烯/氧化硅界面传热研究

本文提出了一种"拉曼热测量两步法",成功测量了单层石墨烯与二氧化硅基底之间的界面热阻和石墨烯在基底作用下的导热系数。第一步利用稳态电流加热石墨烯,利用拉曼响应测量其与基底的温差,继而测得石墨烯与基底之间的界面热阻。第二步通过激光加热,由拉曼散射信号获得不同加热功率下的石墨烯的局部温度,根据点热源热扩散模型推导出石墨烯的导热系数。研究发现非约束状态下的石墨烯在加热状态下由于具有明显的形貌变化(褶皱,局部脱离基底等),导致产生较大的接触热阻;同时实验发现由于界面处的声子散射和泄漏,基底状态下的石墨烯导热系数较低。本文利用拉曼热测量技术同时实现了石墨烯界面热阻和石墨烯导热系数的无损化和非接触式测量。     

复合隔热结构活塞界面材料接触热阻实验研究

复合隔热结构活塞是一种新型的高功率密度柴油机活塞,其结构由多种材料组合而成,而材料间的界面接触热阻会对活塞的隔热效果产生影响。本文基于稳态热流法搭建测量接触热阻实验装置,分别对钛合金与耐热钢之间的接触热阻和耐热钢与铝合金之间的接触热阻进行了测量,并对试验的误差进行分析,确定试验过程中界面热阻的最大测试误差为5.81%,研究了活塞工况下的压力和温度对材料界面接触热阻的影响.结果表明:相同压力下,随界面温度的升高接触热阻呈下降趋势.在界面压力较小条件下,温度的变化对接触热阻影响比较明显。相同温度下,材料接触界面处的压力越大,其接触热阻值就越小,但是在不同的温度阶段,接触热阻减小幅度不同.同样的载荷与温度条件下,耐热钢和铝合金的界面接触热阻比钛合金和耐热钢材料组合的接触热阻小.     

原位测量固体材料热导率的改进热探针方法

热导率是一个重要的热特性参数,它的测量方法包括稳态法和瞬态法。然而,各测量方法由于接触界面均存在非完美热接触,导致接触热阻无法忽略,进而降低热导率测量的准确性。于是,本研究提出了一种改进的热探针方法,即原位浇筑单针法,来降低接触热阻的影响。同时我们还采用了另外四种常用的热导率测量方法测量六种材料的热导率。并且,为了研究接触热阻对热导率测量的影响,我们采用了涂抹导热硅脂的双针法和单针法测量材料热导率。研究表明,原位浇筑单针法的测量结果与其它四种方法热导率的测量结果相一致,并且,原位浇筑单针法可以有效地减少接触热阻,从而提高热导率测量的准确度。     

4～20 K温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度,固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差,进而增加制冷机系统冷损.为定量探究4～20 K深低温区固体接触热阻,采用GM作为冷源,设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台.利用感压纸进行接触界面压力校核,并对温度重复性进行验证.实验测试了不同导热介质填充情况下,温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律.基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合,获得4～20 K温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

液态金属填充型硅脂导热性能实验研究

目前,市售热界面材料一般由固体颗粒和硅油复合制备而成,其普遍存在导热性能差的问题。本文首次提出了一种以室温液态金属流体作为导热填充材料、硅油为基体的新型复合导热硅脂。在前期研究的基础之上,采用对照实验的方法研究了在四种不同的热流密度下,液态金属填充型导热硅脂的实际导热性能。实验结果表明,该新型导热硅脂可大幅降低热源与热沉之间的接触温差,有望实际应用于各类高功率密度电子设备之中。     

高填充型复合材料的单胞模型有限元分析

通过有限元方法分析计算了高填充型复合材料面心立方和紧密堆积单胞模型的等效热导率。模拟研究了填料的填充量、填料的热导率和填料间接触面积的相对大小对复合材料等效热导率的影响。结果发现高填充量的面心立方复合材料可以获得较高等效热导率,大小颗粒混合填充的紧密堆积复合材料能够更大幅度地提高等效热导率。并且当填充颗粒之间出现接触时,等效热导率会随着填料间接触面积的增大而快速地增大。模拟研究表明,通过增加填料含量以及使填料之间相互接触形成热流通路是获得高热导率复合材料的有效途径,同时有助于指导相关的实验研究从而生产出高热导率的热界面材料。     

考虑接触热阻的纳米颗粒堆积热导率的分析

本文首先使用Callaway热导率模型对SiO₂纳米颗粒的热导率进行了近似计算,然后耦合堆积纳米孔隙内的导热和辐射、颗粒接触热阻,基于颗粒堆积单元结构模型的一维传热分析,最终推导得到了颗粒堆积有效热导率关于颗粒直径和温度、堆积孔隙率、颗粒热导率、气相热导率、辐射传热和接触热阻的关系式,并用该式进行了相关讨论。研究结果表明,对于纳米颗粒堆积,界面接触热阻不容忽略;在低孔隙率和颗粒不参与辐射的条件下,由于受到接触热阻的影响,存在最佳孔隙率（或密度）使得堆积热导率存在最大值。     

纳米流体中固-液作用影响界面热阻及导热率的分子动力学研究

纳米流体中固-液界面处由于声子散射形成界面热阻,给纳米流体内热量传递带来阻力。为研究界面热阻对纳米流体导热率的影响,以Cu-Ar纳米流体为基础模型,采用非平衡分子动力学方法研究了纳米粒子-流体相互作用强度与界面热阻的定量关系。研究表明,随着纳米粒子-流体相互作用强度增大,界面热阻显著降低,其机制在于流体分子的吸附作用增强了纳米粒子表面原子的振动强度,从而促进了纳米粒子与流体之间的热传递。增大纳米粒子-流体相互作用强度可显著提高纳米流体导热率,且界面热阻对纳米流体导热率的影响程度随纳米粒子尺寸减小而增大。     

接触热阻的蒙特卡罗法模拟

 用蒙特卡罗随机模拟法计算了固体接触界面间的接触热阻。取服从高斯分布的随机数作为粗糙峰高度，分别对每个粗糙峰计算出单点接触热阻，再并联所有单点接触热阻得到总的接触热阻。修正了“积分法”的理论结果且与发表的文献数据相符。     

冲击压缩下金属/窗口界面热弛豫过程的热阻模型研究

 研究了金属/窗口界面在冲击压缩下的热弛豫过程。从热阻模型出发，给出了弛豫时间常数与界面热阻以及材料热输运系数之间的函数关系。讨论了本文模型与Grover和Urtiew模型之间的关系。对两种不同的实验记录图像进行了解释，对产生界面热阻的原因进行了初步分析。     

基于粗糙度曲线统计特征的接触热阻模型

本文在对粗糙度曲线统计特征分析的基础上,提出了一种接触热阻的计算模型。分别采用四种接触峰的评定标准,对实际机械加工表面的接触热阻进行了计算。研究结果表明,评定标准的选取直接影响接触热阻的计算结果;在同一接触峰评定标准下,两块平均粗糙度值相差较大的表面,其接触热阻计算值的离散区域也有可能重叠。所以,在计算接触热阻时,仅仅使用一两个平均化的粗糙度统计参数来表征整个表面的形貌特征是不够的。     

A Model for the Contact Angle of Liquid Droplets on Rough Surfaces

Up to now, measured results of the contact angle on rough surfaces have been explained usually based on the Wenzel equation （1936） and the Cassie-Baxter equation （1944）. However, these equations do not take into account considerations of liquid wetting behaviors on rough surfaces, and this leads to poor understanding of the mechanisms of contact between liquid droplets and rough surfaces （e.g. contact angle hysteresis）. We propose a new model for the contact angle of liquid droplets. By means of the present model, we can well understand the evperimental data which could not be well explained by the Wenzel equation and the Cassie-Baxter equation.     

Measurement and Prediction of Thermal Contact Resistance Across Coated Joints

An integrated experimental and numerical investigation of the thermal contact resistance across two nominally flat, coated metallic engineering surfaces in contact is presented. The model consists of a surface deformation computation, which determines the actual contact area and number of contacting asperities at a joint, and a constriction resistance analysis, which determines the constriction resistance through each individual contacting asperity. Predictions from the model are validated against experiments conducted for the purpose. The experiments are performed according to a “design of experiments” approach and evaluated using statistical regression. Three substrates (copper, brass, and aluminum) and three coatings (silver, nickel, and tin) are considered with a variety of coating thicknesses and substrate roughnesses. The contact load is also varied. The experimental measurements show that the best choice of a coating for contact resistance mitigation depends on the substrate material and roughness, and it cannot be prescribed in general. A regression equation developed for the experimental results offers a useful tool for the design of coated contacts. The measured results agree well with predicted values from the numerical model, especially in cases of a rough substrate or hard coating.     

HL-2M 环向场线圈水冷数值模拟与分析

建立了环向场线圈的水冷计算模型,根据热传导和对流换热方程进行了数值模拟分析。计算结果表明：指形接头与铜板的界面接触热阻和接触电阻对指形接头的温升影响较大,但在平顶电流为140kA 及其电流平顶7s 时,由焦耳热引起的最高温升40℃以下,故环向场线圈的温度均不会超过80℃,且15min 后TF 线圈温度均降至30℃以下。在平顶电流为190kA 时,线圈通电持续时间可根据界面实测接触热阻、接触电阻以及线圈初始温度来确定。     

HL-2M ������Ȧˮ����ֵģ�������

The water-cooled model of the toroidal field coils was established calculated according to the heat conduction and the convective heat transfer equation. The results show that the thermal contact resistance and the electrical contact resistance of the interface between the finger joint and the copper plate had a larger effect on the temperature rise of the finger joint. At maximum current of 140kA and the current flattop 7s, the maximum temperature rise of the toroidal coils with the finger joint was below 40??, so the maximum temperature of the coils wouldn’t exceed 80??, and the temperature of the toroidal field was below 30?? after an interval of 15min. However, at maximum current of 190kA, the current flattop time was determined by the thermal contact resistance, the electrical contact resistance and initial temperature.     

低温下粗糙表面接触间隙气体热导的研究

对低温非真空环境下粗糙接触界面间隙中介质气体的传热进行了理论分析．依据克努森数的大小,建立了不同传热区域的间隙气体热导理论模型．并对影响接触界面间隙热导的克努森数、普朗特数、热导率、适应系数、压力等参数进行了分析,为实际情况下接触界面的传热提供了理论基础．而且通过实验证明了在界面接触压力较小的情况下,即使对于硬度较小导热性能好的接触固体,间隙气体的导热量仍大于通过实际接触点的导热量．     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。     

A review on the effects of different parameters on contact heat transfer

In this paper, a complete literature review for thermal contact between fixed and periodic contacting surfaces and also thermal contact between exhaust valve and its seat in internal combustion engines is presented. Furthermore, the effects of some parameters such as contact pressure, contact frequency, the contacting surfaces topography and roughness, curvature radius of surfaces, loading–unloading cycles, gas gap conductance and properties, interface interstitial material properties, surfaces coatings and surfaces temperature on thermal contact conductance are investigated according to the papers presented in this field. The reviewed papers and studies included theoretical/ analytical/experimental and numerical studies on thermal contact conductance. In studying the thermal contact between exhaust valve and its seat, most of the experimental studies include two axial rods as the exhaust valve, and seat and the one ends of both rods are considered at constant and different temperatures. In the experimental methods, the temperatures of multi-points on rods are measured in different conditions, and thermal contact conductance is estimated using them.