基本介紹
- 中文名：熱阻係數
- 外文名：thermal resistivity
- 基本釋義：導熱材料對熱流傳導的阻礙能力
- 分類：熱力學
- 領域：能源
- 學科：物理化學
基本理解,基本分類,形狀影響研究,套用舉例,相關專利,
基本理解
導熱係數反映的是物質在單位體積下的導熱能力。實際上它反映了物質導熱的固有能力。這種能力是由物質的原子或分子結構決定的。它是評價物質之間導熱能力的參數。
熱阻係數其實是導熱係數與物體的幾何形狀相結合而體現的該形狀物體的導熱能力。對非均勻厚度的物體，均勻熱流密度的熱流通過物體後，兩端任意兩點的溫度差可能是不同的，也就是說，任意兩點間的熱阻可能是不同的。
談熱阻係數，必須要明確這一點：熱阻係數必須是指定的兩個點之間的熱阻係數，並且兩點之間沒有其它的熱源。它反映的是特定兩點間的導熱能力。就是說，給定了熱阻值，同時必須明確給出計量的起點和終點。偏離了這兩個位置點，這個熱阻值就沒有意義了。
純就每種物質而言，談熱阻係數是沒有太大意義的。因為幾何形狀不同，熱阻就不同了。只有確定了幾何形狀，才可以利用熱阻係數的概念做導熱能力的比較。
同一種材料，截面積相同、長度不同的柱體，它們的導熱係數是相同的，而它們兩對面的熱阻係數是不同的。
同一種材料，設計成不同的形狀，則不同幾何結構之間，它們的兩個對面的熱阻可能不同。某些不同形狀的物體，熱源端某點到對面某點和到側面某點的熱阻可能相同。
在設計產品的散熱器結構時，我們可能採用兩種方案：只用散熱器自然散熱和散熱器加風扇散熱。在採用風扇散熱時，可以選取一個較小的散熱器，其與風扇組合的散熱效果可能遠優於只採用一個較大的散熱器的效果。雖然小散熱器的熱阻係數大於大散熱器的熱阻係數，但在兩個系統中，我們也不能單以兩個散熱器的熱阻係數大小來說好壞。
基本分類
熱阻係數是反映阻止熱量傳遞的能力的綜合參量。在傳熱學的工程套用中，為了滿足生產工藝的要求，有時通過減小熱阻係數以加強傳熱；而有時則通過增大熱阻係數以抑制熱量的傳遞。
當熱量在物體內部以熱傳導的方式傳遞時，遇到的熱阻稱為導熱熱阻。對於熱流經過的截面積不變的平板，導熱熱阻為L/(k A)。其中，L為平板的厚度，A為平板垂直於熱流方向的截面積，K為平板材料的熱導率。
在對流換熱過程中，固體壁面與流體之間的熱阻稱為對流換熱熱阻，1/（hA）。其中，h為對流換熱係數，A為換熱面積。
兩個溫度不同的物體相互輻射換熱時的熱阻稱為輻射熱阻。如果兩個物體都是黑體（見黑體和灰體），且忽略兩物體間的氣體對熱量的吸收，則輻射熱阻為1/(A1 F 1-2)或1/(A2 F 2-1)。其中A1和A 2為兩個物體相互輻射的表面積，F1-2和F 2-1為輻射角係數。
當熱量流過兩個相接觸的固體的交界面時，界面本身對熱流呈現出明顯的熱阻，稱為接觸熱阻。產生接觸熱阻的主要原因是，任何外表上看來接觸良好的兩物體，直接接觸的實際面積只是交界面的一部分，其餘部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內氣體的熱傳導和熱輻射進行傳遞，而它們的傳熱能力遠不及一般的固體材料。接觸熱阻使熱流流過交界面時，沿熱流方向溫度 T發生突然下降，這是工程套用中需要儘量避免的現象。減小接觸熱阻的措施是：①增加兩物體接觸面的壓力，使物體交界面上的突出部分變形，從而減小縫隙增大接觸面。②在兩物體交界面處塗上有較高導熱能力的膠狀物體──導熱脂。
形狀影響研究
為了研究材料的幾何形狀對熱阻係數的影響，貴州工業大學熱能工程系教授黃曉齊選取了平壁矩形直肋、平壁三角形直肋和圓筒壁矩形剖面環肋等三種裝置進行研究，並分別提供了工程計算用的各種裝置的熱阻係數曲線圖，從圖上可清楚地看出肋厚、肋高和肋間距對肋裝置傳熱性能的影響，有助於最佳尺寸的確定,簡化傳熱計算。
套用舉例
電纜直埋敷設是指電纜敷設入地下壕溝中沿溝底鋪有墊層和電纜上鋪有覆蓋層、且加設保護板再埋齊地坪的敷設方式。土壤熱阻系指土壤與電纜表面界面的熱阻係數，它和界面大小、土壤性質、土壤密度、含水量及電纜表面溫度等因素有關。當電纜直埋地或穿管埋地時，除土壤溫度外，土壤熱阻係數是另一影響載流量的主要因素。文獻針對電纜直埋敷設時土壤熱阻係數的選取，結合實際工程設計中如何進行低壓電力電纜截面的選擇，探討土壤熱阻係數的選取對於低壓電纜持續允許載流量的影響。
相關專利
實用新型專利涉及一種攜帶型土壤熱阻測量裝置，該裝置由測量探頭、控制與計算模組、電源模組、顯示與處理終端組成，可進行直埋電纜線路處土壤的溫度監測與導熱係數測量，並根據所測媒質的熱阻特性的變化，自動最佳化加熱功率，從而獲得最佳測量結果，測量探頭可以採用基於熱線法的探針式探頭，也可以採用基於平板法的平板狀探頭，探頭內包含有三個熱電偶溫度測量點和一個加熱電阻絲。該裝置不僅可以實現對土壤溫度的長期監測，還可以對土壤導熱係數進行實地實時的測量。各結構單元模組化，攜帶與使用方便，能夠根據不同的現場情況採用不同的測量方式，測量範圍廣，對土壤熱阻係數測量範圍為0.3～4.5K·m/W，對直埋電纜線路的設計與管理具有重要的意義。
