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Pourquoi la pression de contact est-elle si importante ? Découvrez les facteurs clés du processus de transfert de chaleur !
En physique, la conductivité thermique de contact est l'étude du transfert de chaleur entre des solides ou des liquides en contact thermique. Lorsque deux objets solides comme A et B sont en contact, la chaleur circule de l’objet le plus chaud vers l’objet le plus froid. Cependant, ce processus n’est pas aussi simple qu’on l’imagine car il existe une impédance de contact thermique entre les surfaces de contact.
La résistance de contact thermique est définie comme le rapport entre cette chute de température et le flux de chaleur moyen à travers l'interface.
Ce phénomène signifie que la conductivité thermique entre les deux n'est pas uniforme, et même lorsque les deux solides sont en contact parfait, il existe une résistance thermique entre les surfaces de contact. De nombreuses études ont montré que la conductivité thermique par contact n'est pas seulement un facteur important dans l'industrie solide et la technologie du bâtiment, mais joue également un rôle essentiel dans plusieurs applications telles que le refroidissement des réacteurs nucléaires, l'emballage électronique, les échangeurs de chaleur, etc.
Facteurs affectant la conductivité thermique par contact
La conductivité thermique par contact est un phénomène complexe et de multiples facteurs peuvent influencer son effet. Selon les recherches, voici quelques-uns des facteurs les plus importants :
Pression de contact
La pression de contact est l’un des facteurs les plus importants affectant le transfert de chaleur entre deux objets en contact. Lorsque la pression de contact augmente, la surface de contact réelle de la surface de contact augmente, ce qui entraîne une augmentation de la conductivité thermique du contact, c'est-à-dire une diminution de l'impédance de contact thermique. C’est pourquoi la plupart des études mesurent et modélisent la conductivité thermique de contact et la pression de contact comme des sujets interdépendants.
Matériaux de l'écart
Il n'existe pas de surface parfaitement lisse. Lorsque deux surfaces entrent en contact, une petite série de points de contact se forme avec des écarts relativement importants entre ces points. Le gaz ou le liquide qui remplit ces espaces affecte la quantité de flux de chaleur. La conductivité thermique du matériau de l'espace et sa pression affecteront la conductivité thermique du contact.
Rugosité et ondulation de la surface
Une fois qu'une surface a subi certaines procédures de traitement, ses propriétés peuvent être décrites par la rugosité, l'ondulation et les dimensions fractales. En particulier, l’effet de la rugosité de surface sur la conductivité thermique peut être comparé au concept d’impédance de contact électrique.
Lorsque deux objets entrent en contact, les surfaces peuvent subir une déformation plastique ou élastique, ce qui augmente la surface de contact réelle et réduit ainsi l'impédance de contact.
Propreté de la surface
La propreté de la surface peut également avoir un impact sur la conductivité thermique de contact. La poussière, l’acide ou d’autres impuretés réduiront l’efficacité du contact et affecteront le transfert du flux de chaleur.
Mesure de la conductivité thermique par contact
Le calcul de la conductivité thermique de contact est souvent difficile car la mesure de la surface de contact A est souvent difficile. Par conséquent, cette propriété est généralement obtenue par des expériences, et des rapports et données pertinents sont disponibles dans de nombreux ouvrages d'ingénierie.
Cependant, il manque une base de données centralisée sur la conductivité thermique par contact thermique, ce qui signifie que de nombreuses entreprises peuvent utiliser des données obsolètes ou non pertinentes. Le projet CoCoE, lancé en 2006, vise à résoudre ce problème en créant une base de données centralisée de données de conductivité thermique de contact et en développant un programme informatique correspondant.
Conductivité limite thermique
Même lorsque la surface de contact est idéale, il existe toujours une certaine conductivité thermique limite due aux différentes propriétés électroniques et vibratoires entre les matériaux. Cette conductivité thermique est souvent particulièrement importante dans les systèmes de nanomatériaux.En général, la conductivité thermique par contact a non seulement des applications importantes dans les expériences scientifiques, mais a également un impact profond sur notre vie quotidienne et nos processus industriels. Vous êtes-vous déjà demandé comment la qualité des contacts thermiques affecte les performances et la durée de vie des appareils que nous utilisons au quotidien ?
