界面接触热阻影响因素的实验研究.pdf

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界面接触热阻影响因素的实验研究

湛利华!李晓谦!胡仕成
（中南大学机电工程学院"湖南长沙#!$$%&）

摘要：通过自制的接触热阻实验装置分别对接触热阻的主要影响因素——接触表面温度、接触压力以及表面均方根粗
糙度等进行了较为深入的实验研究。同时，实验还对热流方向的改变以及中间介质（石墨）对接触热阻的影响进行了
研究，结果证实了热流方向的改变会导致接触热阻值的变化，热流方向由钢到铝的接触热阻值较由铝到钢的小。
关键词：接触热阻"影响因素"实验研究
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两个物体表面在机械载荷作用下相互接触的情况
随处可见，然而热流从两个物体的接触界面通过的行
为还没有被完全了解。在过去二三十年中，接触界面传
热一直是传热学中的一个活跃问题，对于它产生的机
理，广大学者进行了大量的理论与实验研究，普遍认为
界面热阻的产生是由于粗糙表面间不完全接触所造成

的热流线收缩而导致的T%U。

%界面接触热阻产生机理及其影响因素
当一定的热流通过接触界面时，两接触表面之间
会出现一个间断的温差!!!如图%所示。接触热阻"
图接触界面热阻产生机理
定义为!!和接触面上平均热流密度#之比T(U：!
"$!!（%）当热量从高温物体向低温物体传递时，主要通过
#
以下几个途径：
从而接触热导可以表示为：
"大部分的热量以热传导的形式从两固体的真实
%V%V#（(）
&"!!接触面进行传递；

收稿日期：(,,(-,/-(,
作者简介：湛利华（%.*W-），女，湖南常德人，博士研究生。
!11!，<=>&819?0轻合金加工技术"%

!还有一少部分热流通过间隙，以热传导、对流换触表面进行测量，共测了三组不同接触表面形貌的情
热、辐射换热的形式传递。况。/系列的等效（混合）均方根表面粗糙度为
但对于大部分的接触情况，间隙的高度相对于它0&"0&’；,系列的等效粗糙度为%1&*#&’；.系列的等
的接触尺寸而言要小得多，同时，由于间隙处或为真效粗糙度为%!&)#&’。
空，或为某种气体，其热导率相当低，因而在这种情况铝棒材料的布氏硬度在23%*(&#型布洛维硬度计
下，忽略间隙流体热传导和对流换热是合理的，辐射换上测得。所用钢球直径!4#’’，载荷"4)!&#567，8点压
热也可以忽略，但在极高温的情况下，辐射换热可以通痕直径#分别为%&0"19%&0(19%&0#!’’9得到8点布
过对间隙中流体的导热系数取一个修正值加以考虑。氏硬度分别为：*%&8，*1&"，(*&(，平均后得到所测铸造铝
界面传热的影响因素很多，且多为非线性因素，工棒材料布氏硬度为*1&%。
况及使用条件多样化，热变形、接触状况等相互交替影!"$实验结果及分析
响，产生耦合作用，使问题变得更为复杂。通过分别对接触热阻影响因素进行实验研究