一种接触热阻的数值计算方法

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1、上海航天&""&年第’期,*W14X,A*45,.Y5,:%%文章编号：!""#$!#%"（&""&）"’$""%%$"’一种接触热阻的数值计算方法沈军，马骏，刘伟强（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙’!""(%）摘要：分别采用截锥体、圆弧形和三角形模型来模拟实际物体的接触面，利用)*+,-.,/三角形非结构化网格离散温度场，并使用有限元法数值计算接触热阻。通过比较几种模型的计算结果，提出控制角为%"0的三角形模型有较高的精度。给出接触热阻的近似计算公式，并分析了表面粗糙度对接触热阻的影响，所得出的结论在工程实际应用上有一定的参考价值。关键词：接触热阻；有限元法；表面粗糙度中图分类

2、号：12!!3%文献标识码：,!"#$%&’()*+)*(#*),’-./%,0-1-230%&$)*+-.,)(,4%5’5,).(%45*.678，9,678，+:-;<=$>=?8@（ABCC<@

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5、了一究和了解也日渐深入。大规模集成电路芯片的散种基于球形接触的模型模拟表面轮廓形状，来计算热、卫星探测器中红外元件的冷却等均是通过固体接触热阻的经验公式；文献［&］从理论上建立了总温接触导热来实现的，固体界面间接触热阻的大小在差和无因次接触压力与无因次接触热阻之间的关很大程度上决定了某些关键设备的运行状况。准确系。本文则是从数值模拟的角度，应用有限元法，给预测固体界面间的接触导热对于航天工业和电子工出接触热阻定量的计算方法，并分析了表面粗糙度业具有十分重要的意义。参数与接触热阻的关系。接触热阻与表面粗糙度、界面间隙中的介质及外界压力等因素有密切的关系。!计算模型固体与固体的接触，无论看上去

6、多么平整和紧密，实际仅仅发生在一些离散的接触面上。作为数收稿日期：&""!$!&$!&；修回日期：&""&$"!$!"值计算，需要将接触面用规则的几何模型来模拟。作者简介：沈军（!T(UV），男，硕士，从事空间推进系统热控制与热分析研究万方数据。用来模拟接触面轮廓形状的方法有很多种，常见的上海航天8>B@GHIJBK@ILBD5LBM;77;年第>期图!模拟接触面的几何模型"#$%!&’($()*(+,#-./*)0(/1+)1#*2/.+(+’(-)3+.-+12,4.-(有三角形、矩形、圆弧形、抛物线形、正弦曲线形、截温度场计算，采用三角模型和圆弧模型时可进行二锥体形等。本文采用截锥体

7、、三角形、圆弧形进行数维平面温度场计算。计算二维热传导的控制方程值计算并加以比较，如图!所示。如下：!角为模型的形状控制角。根据国家标准56平面稳定温度场;;!78!9:8《表面粗糙度参数及其数值》所规定的表面!&!&;);*7（!）粗糙度测量要求，在采用中线评定表面粗糙度时，其!(!"参数可选用表面轮廓最大高度!［8］。图!中截锥轴对称稳定温度场";;体模型锥台的高度、三角模型底边的高度以及圆弧!&!&!!&;);)*