接触热阻的研究进展

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1、第卷第期航天器工程年月接触热阻的研究进展任红艳胡金刚北京空间飞行器总体设计部摘要在航,,天器的热控设计中接触热阻是重要参数之一其取值准确与否直接。关系到热控设计的质量从理论及实验研究两个方面系统介绍了接触热队研究的发,面综合叙述了单点理论、多展状况在理论研究方点接触理论这两种理论模型在实验方面综合叙述了接触热队的刚量方法及导热填料的应用最后还介绍了接触热阻研。究的其它方面关键,,,。词航天器热控制接触热阻接触热导率接触导热填料符号说明量符号一一接触热阻衬接触热导率一一热阻减小系数接触点个数一一接触点的半径

2、弹性模量衬一一平均接触点的半径有效弹性模量澎久一试件半径尸一压力一一热容积膨胀率温度一一板厚面积一一负载基本热流通道半径一一笛卡尔坐标氛函数的次方根一沿接触中,,一均为常数心的径向坐标了丁尺一平整度偏差,了了尺二了了尺了了尺一,调谐平均热导率且一平均的绝对轮廓斜率,。一粗糙度的均方根值,且二好十砖’量的下标符号一一在轴心或接触中心接触面上板一一接触面下板昭一微观,。一接触一宏观塔,一表观的一一馆较粗糙的面较平的面一一收稿日期航天器工程卷一一真实的全部的引言航,天器在其飞行过程中要经历极为恶劣的热环境其温度

3、可从摄氏零下多度变至数。,,、千度因此为保证航天器能正常工作就需要对航天器内外各组件仪器设备之间的传热过,,程进行控制其中导热过程的控制是相当重要的它是以分析和控制导热途径上的热阻为出发点,影响实际导热过程的一个重要因素就是构件之间的接触热阻。。接触热阻是由于两接触面微观上的凹凸不平使得接触不完全而产生的热阻接触势阻的、、。,大小与接触表面的材料连接方式表面状况及接触压力大小等多种因素有关因此接触热,,阻就很容易成为卫星热分析中的不确定因素这种不确定性在极端情况下甚至会影响卫星热设计的可靠性和卫星运行的可

4、靠性。即使在一般情况下,接触热阻的存在也会增大热流途径。,。上的温度降对航天器热控制来说过大的接触热阻还可能使其它热控手段比如热管失效,,。随着科学技术的发展在工程实践和科学实验中接触热阻问题愈来愈引起人们的注意特别是随着空间技术的发展,卫星内大功率组件的热功耗越来越大,为使卫星内部的温度处于适宜的范围之内,就需要对接触热阻问题进行理论和实验研究,以对卫星内部导热过程进行有。效的控制接触热阻的理论研究,。,早在本世纪四十年代国外就开始了关于接触热阻的研究随着科学技术的发展接触热阻问题在航天技术中的重要性愈

5、来愈引起人们的注意。近几十年来,国内外对此进行了大量,已取得,。的理论和实验研究了许多可喜的成果并将继续探讨其内在规律,点理论如,果把离散的局部接触面积称为点接触热阻理论的一般方法是对单接触点接触热阻算法进行研究,对接触点数。目进行研究从而完成对多接触点接触热阻的计算单点理论、,对单接触点接触热阻的计算大多将接触点简化为圆台圆柱及圆盘三种计算模型圆台计,‘一“〕,算模型可包括接触点周围的流体的影响对此进行了研究且取得了一定的成,发现热阻随半收敛角的增大’〕果而减小圆柱计算模型主要有及建立的模。,型圆盘计算

6、模型主要应用加建立的模型这三种模型中圆台计算模型较其它两种更接近实际情况,因它考虑了锥角的影响。真空中的多点接触理论设,为单点接触热阻,则连接处的总接触热阻为习·一凡一凡一因、关,故有期任红艳等接触热阻的研究进展·曰习关一户若忽略热阻减小因素的变化,则有凝反瓷这样,可将接触热阻问题归结于两个基本因素及这两个因素又都依赖于平面轮廓。平均微观粗糙高度分布,。,首先须知道表面的变形是弹性的还是塑性的由于许多研究者的工作尤其是的一〕,。研究工作使接触热阻的理论取得了重要的进展及其合作者假定微观粗糙高度分布为高斯分

7、布,在初始加载时变形是弹性的,而载荷更高时则是由弹性向塑性过渡,使用以下系数来区分月夕式中,为两种材料中较软者的微观硬度,夕为平均的表面轮廓绝对斜率。按照的建议,当,变形主要是塑性的对许多平面,。给出在压力载荷下塑性和弹性变形的传热系数的计算方程,具体可见文献。,“另外及〔〕对弹性和塑性变形的接触导热模型的研究发展进行了比较和回顾,并对几种常用的材料的试验结果与模型进行比较,结果表明,表面较平滑的变形多是弹性的,而较粗糙的表面的变形多是塑性的。这些模型的建立对接触热阻的研究非常重要,但实际应用时因外界条件

8、复杂而难以使用,。需要多的试验结果来证实模型的可用性现在人们正在试图建立一种弹塑性的模型来对接触热阻进行分析另外,用有限元法计算接触热阻也为一种正在兴起的新方法。关于金属接触热阻的其它实践研究接触热阻的研究大部分是研究关于金属的接触热阻,因为在工程应用中,特别是在航天技术应用中,金属为常用的材料。文献【回顾,,了有关金属接触热阻的研究发展将各种金属热导模型与实验数据相比较并给出近年来有关金属在各种情况下的经验及半经验关系式和理