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接触圧力はなぜそれほど重要なのでしょうか? 熱伝達プロセスにおける重要な要素を調べてみましょう!
物理学において、熱接触熱伝導率は、熱接触した固体または液体間の熱伝達の研究です。 A と B のような 2 つの固体が接触すると、熱は熱い方の物体から冷たい方の物体に流れます。ただし、接触面間には熱接触抵抗が存在するため、このプロセスは想像ほど単純ではありません。
熱接触抵抗は、界面を横切る平均熱流に対するこの温度降下の比率として定義されます。
この現象は、2 つの固体が完全に接触している場合でも、接触面間に熱抵抗が存在することを意味します。多くの研究により、熱接触の熱伝導率は固体産業や建設技術において重要な要素であるだけでなく、原子炉冷却、電子パッケージング、熱交換器などの複数の用途においても重要な役割を果たすことが示されています。
熱接触の熱伝導率に影響を与える要因
熱接触の熱伝導率は複雑な現象であり、その有効性に影響を与える複数の要因があります。調査によると、最も重要な要素は次のとおりです。
接触圧力
接触圧力は、接触する 2 つの物体間の熱伝達に影響を与える最も重要な要素の 1 つです。接触圧力が増加すると接触面の実接触面積が増加し、接触熱伝導率が増加、つまり接触熱抵抗が減少します。これが、ほとんどの研究が接触熱伝導率と接触圧力を相互に関連するトピックとして測定およびモデル化する理由です。
ギャップ材質
2 つの表面が接触すると、それらの点の間に比較的大きな隙間を持つ狭い範囲の接触点が形成されます。これらのギャップを埋める気体または液体は、熱流の総量に影響を与えます。ギャップ材料の熱伝導率とその圧力は接触熱伝導率に影響します。
表面の粗さと波打ち
表面に特定の加工手順が適用されると、これらの特性は粗さ、波紋、フラクタル次元の観点から説明できます。特に、熱伝導率に対する表面粗さの影響は、電気接触抵抗の概念と比較できます。
2 つの物体が接触すると、表面に塑性変形または弾性変形が発生し、実際の接触面積が増加し、接触インピーダンスが低下することがあります。
表面の清浄度
表面の清浄度も接触熱伝導率に影響を与える可能性があります。ほこり、酸、その他の不純物は接触効率を低下させ、熱流の伝達に影響を与えます。
熱接触熱伝導率の測定
接触面積 A の測定が困難な場合が多いため、熱接触伝導率の計算は困難なことがよくあります。したがって、この特性は通常実験的に得られ、多くの工学文献に関連するレポートやデータがあります。
しかし、一元化された熱接触熱伝導率データベースが不足しているため、多くの企業が古いデータや無関係なデータを使用している可能性があります。 2006 年に開始された CoCoE プロジェクトは、接触熱伝導率データの集中データベースを作成し、対応するコンピューター プログラムを開発することで、この問題を解決することを目的としています。
熱境界熱伝導率
接触表面が理想的であっても、材料間の電子特性や振動特性が異なるため、一定の熱境界熱伝導率が依然として存在します。この熱伝導率は、多くの場合、ナノマテリアル システムにおいて特に重要です。
一般に、熱接触の熱伝導率は科学実験で重要な用途があるだけでなく、私たちの日常生活や産業プロセスにも重大な影響を与えます。私たちが毎日使用する機器の熱接触の質がその性能と寿命にどのような影響を与えるか疑問に思ったことはありますか?
