固体界面接触换热系数的实验研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要当两个固体表面相互接触时，由于微观表面粗糙度的存在，其实际接触仅发生在接触面的一些离散的微突体上，实际接触面积只占名义接触面积非常小的一部分。这就使界面发生了不完全接触，而这种不完全接触最终导致了热流的收缩，使两个相互接触的固体间的温度产生一个阶跃变化。这种固体间的接触换热现象在航空航天、冶金、化工、核能、机械制造、微电子、热能以及低温超导等领域有着重要影响，也得到广泛的应用和发展。因此，有必要对其形成机理及影响因素作进一步的研究。本论文在分析了国内外相关文献的基础上，分析了界面接触换热的主要影响因素。两固体材料接触时，影响其界面传热的主要

2、因素有：1、接触界面几何形貌；表面粗糙度，表面波度，接触表面斜度；2、载荷情况：接触压力，加载历史；3、温度条件：接触表面平均温度，热流密度及方向，温度变化历史；4、材料特性：接触材料的热物理特性，中间介质的热物理特性；5、界面接触情况：接触界面有无相对滑动，接触表面有无其他介质。因此固体材料接触界面间的接触换热是一个受载荷、温度、表面粗糙度、材料机械特性、接触面状况等多种因素影响的复杂问题。本论文从对接触换热系数的测量入手，针对接触换热系数受多种因素影响这一特点，设计出了一套可行的对接触换热系数进行测量的实验装置，并开发出相应的采集计算软件系统。对材料加工中经常用到

3、的材料和工模具如：铝合金与5CrMnMo、不锈钢与不锈钢、紫铜与合金钢(3Cr2VSW)、GH4169与5CrMnMo、TCl1与5CrMnMo、TAl5与5CrMnMo在不同载荷、不同温度、不同表面状况、不同接触过程的接触换热进行实验研究。得出了接触面温度、界面载荷、中间介质、接触过程等因素对接触换热系数的影响规律。得出的结论如下：1．固体界面间的接触换热系数与接触面温度的关系并不是简单的正比关系；2．固体界面间的接触换热系数与界面载荷近似成正比关系；3．中间介质可以有效的改变固体界面间的接触换热系数的大小，在接触面问加入导热性好的材料可以增大界面间的接触换热；反之

4、，加入导热性差的材料可以减少界面问的接触换热；4．在其它接触条件相同的情况下，不同的接触过程，界面间的接触换热系数也会不一样。关键词：接触换热系数；影响因素；热传导；实验研究固体界面接触换热系数的实验研究ExperimentresearchonsolidinterfaceThermalContactConductanceCoefficientAbsf．ractDuetotheexistofmicrocosmicroughnessinthecontactsurfaces，whentwosolidinterfacescontacteachother,therealcont

5、actal'e。9．isonlyasmallfzactionoftllenominalcontactarea,andtheyonlycontactinsomediscretemicroscopicasperities．Thisimperfectcontactbetweentheinterfacescausestheconstrictionofthebeatflowandthesuddenchangeofthetemperaturebetweenthesolidinterfaces．TKsphenomenoniscalledthermalcontactconductan

6、ce口cC)，anditiswidelyusedanddevelopedinthefieldsofaerospace，metallurgy，chemicalengineering，nuclearenergy,mechanicalmanufacture，microelectronicsetc．．SincetheresearchesonTCCbetweentwosolidinterfaceshavebecomemoreandmoreimportanceinvariousfields，itisnecessarytocarryoutfurtherresearchonitspr

7、oducingmechanismandthemaininfluencingfactors．Afterreviewingrelativeliteraturesathomeandabroad，thepresentresearchanalyzesthemainfactorsinfluencingTCC．n坞mainfactorsinfluencingtheheattransferbetweentwosolidinterfacesincludesthemicro-geometryofcontacting$Ul"faces，suchassurfacerough