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Warum ist der Anpressdruck so wichtig? Entdecken Sie die Schlüsselfaktoren im Wärmeübertragungsprozess!
In der Physik ist die Wärmeleitfähigkeit bei thermischem Kontakt die Untersuchung der Wärmeübertragung zwischen Feststoffen oder Flüssigkeiten in thermischem Kontakt. Wenn zwei feste Objekte wie A und B in Kontakt kommen, fließt Wärme vom heißeren Objekt zum kühleren Objekt. Allerdings ist dieser Vorgang nicht so einfach wie gedacht, da zwischen den Kontaktflächen ein thermischer Kontaktwiderstand besteht.
Der thermische Kontaktwiderstand ist definiert als das Verhältnis dieses Temperaturabfalls zum durchschnittlichen Wärmefluss über die Grenzfläche.
Dieses Phänomen bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeit zwischen den beiden Körpern ungleichmäßig ist. Selbst wenn die beiden Körper in perfektem Kontakt sind, besteht ein Wärmewiderstand zwischen den Kontaktflächen. Viele Studien haben gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit bei thermischem Kontakt nicht nur ein wichtiger Faktor in der Feststoffindustrie und Bautechnik ist, sondern auch in zahlreichen Anwendungen wie der Kühlung von Kernreaktoren, elektronischen Verpackungen, Wärmetauschern usw. eine entscheidende Rolle spielt.
Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit des Wärmekontakts beeinflussen
Die Wärmeleitfähigkeit bei thermischem Kontakt ist ein komplexes Phänomen, dessen Wirksamkeit von mehreren Faktoren beeinflusst wird. Untersuchungen zufolge sind hier einige der wichtigsten Faktoren:
Anpressdruck
Der Kontaktdruck ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Wärmeübertragung zwischen zwei sich berührenden Objekten beeinflussen. Wenn der Kontaktdruck zunimmt, vergrößert sich die tatsächliche Kontaktfläche der Kontaktfläche, was zu einer Erhöhung der Kontaktwärmeleitfähigkeit, also einer Verringerung des thermischen Kontaktwiderstands, führt. Aus diesem Grund messen und modellieren die meisten Studien die Kontaktwärmeleitfähigkeit und den Kontaktdruck als zusammenhängende Themen.
Lückenmaterial
Es gibt keine völlig glatte Oberfläche, wenn zwei Oberflächen in Kontakt kommen, entsteht ein kleiner Bereich von Kontaktpunkten mit relativ großen Lücken zwischen diesen Punkten. Das Gas oder die Flüssigkeit, die diese Lücken füllt, beeinflusst die Gesamtmenge des Wärmeflusses. Die Wärmeleitfähigkeit des Spaltmaterials und sein Druck beeinflussen die Kontaktwärmeleitfähigkeit.
Oberflächenrauheit und Wellen
Nachdem eine Oberfläche bestimmten Bearbeitungsverfahren unterzogen wurde, können diese Eigenschaften in Form von Rauheit, Welligkeit und fraktalen Abmessungen beschrieben werden. Insbesondere der Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Wärmeleitfähigkeit kann mit dem Konzept des elektrischen Kontaktwiderstands verglichen werden.
Wenn zwei Objekte in Kontakt kommen, kann es zu einer plastischen oder elastischen Verformung an der Oberfläche kommen. Eine solche Verformung führt zu einer Vergrößerung der tatsächlichen Kontaktfläche und dadurch zu einer Verringerung der Kontaktimpedanz.
Oberflächensauberkeit
Die Sauberkeit der Oberfläche kann sich auch auf die Kontaktwärmeleitfähigkeit auswirken. Staub, Säure oder andere Verunreinigungen verringern die Kontakteffizienz und beeinträchtigen die Übertragung des Wärmeflusses.
Messung der Wärmeleitfähigkeit bei thermischem Kontakt
Die Berechnung der thermischen Kontaktleitfähigkeit ist oft schwierig, da die Messung der Kontaktfläche A oft eine Herausforderung darstellt. Daher wird diese Eigenschaft normalerweise experimentell ermittelt, und in vielen technischen Fachliteratur gibt es entsprechende Berichte und Daten.
Es fehlt jedoch eine zentralisierte Datenbank zur Wärmeleitfähigkeit des Wärmekontakts, was dazu führt, dass viele Unternehmen möglicherweise veraltete oder irrelevante Daten verwenden. Das 2006 gestartete Projekt CoCoE zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen, indem eine zentrale Datenbank mit Kontaktwärmeleitfähigkeitsdaten erstellt und entsprechende Computerprogramme entwickelt werden.
Wärmeleitfähigkeit der thermischen Grenze
Selbst wenn die Kontaktoberfläche ideal ist, gibt es aufgrund der unterschiedlichen elektronischen und Schwingungseigenschaften zwischen den Materialien immer noch eine gewisse thermische Grenzwärmeleitfähigkeit. Diese Wärmeleitfähigkeit ist bei Nanomaterialsystemen oft besonders wichtig.
Im Allgemeinen hat die thermische Kontaktwärmeleitfähigkeit nicht nur wichtige Anwendungen in wissenschaftlichen Experimenten, sondern hat auch tiefgreifende Auswirkungen auf unser tägliches Leben und industrielle Prozesse. Haben Sie sich jemals gefragt, wie sich die Qualität des Wärmekontakts in den Geräten, die wir täglich verwenden, auf deren Leistung und Langlebigkeit auswirkt?
