열접촉 전도도

물리학에서 열접촉 전도성은 열접촉에서 고체와 액체체 사이의 열전도에 대한 연구다. 열접촉 전도율 h ${\displaystyle c_{}}$ ${\$는 접촉 중인 두 신체 사이의 열전도율 또는 열 전도 능력을 나타내는 속성이다. 이 특성의 역방향은 열 접촉 저항이라고 불린다.

정의

그림 1의 A와 B와 같이 두 개의 고체가 접촉하면 더 뜨거운 몸에서 더 차가운 몸으로 열이 흐른다. 경험에 비추어 볼 때, 두 신체를 따라 온도 프로파일은 대략 그림과 같이 다양하다. 접촉하는 두 표면 사이의 인터페이스에서 온도 강하가 관찰된다. 이 현상은 접촉 표면 사이에 존재하는 열 접촉 저항의 결과라고 한다. 열 접촉 저항은 이 온도 강하와 인터페이스 전체의 평균 열 흐름 사이의 비율로 정의된다.^[1]

푸리에의 법칙에 따르면 시신 사이의 열 흐름은 다음과 같은 관계에 의해 발견된다.

${\displaystyle q=-kA{\frac {dT}{dx}}}$

(1)

여기서 $q{\displaystyle }$ ${\displaystyle q}$은$($는) 열 흐름이고$,$ k {\$displaystyle$ k}은$$(는$)$ 열 전도성이고, A {\displaystyle $A}$은(는) 단면 영역이며, $d{\displaystyle /d}$ ${\displaystyle x}${\$displaysty dT/dx}$은 흐름 방향의 온도 기울기입니다.

에너지 절약을 고려하여 접촉하는 두 몸체, 즉 몸체 A와 B 사이의 열 흐름은 다음과 같이 확인된다.

${\displaystyle q={\frac {T_{1}-T_{3}{{3}}{\Delta x_{A}/(k_{A}A)+1/(h_{c}A)++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\Delta x_{B}/(k_{B}A)}}}}$

(2)

열 흐름은 접촉하는 신체의 열전도율($k{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle A_{}}$ ${\$ 및 ${\displaystyle k_{}}$ B ${\$ 접촉 영역 $A{\displaystyle }$ ${\displaystyle A}$및 열접촉 저항($1{\displaystyle \mathrm{}}$/ h ${\displaystyle c_{}}$ ${\$과 직접 관련이 있음을 관찰할 수 있다.s 열전도 계수의 역, h ${\displaystyle c_{}}$ ${\$

중요도

대부분의 시험적으로 결정된 열접촉 저항값은 0.000005 ~ 0.0005 m² K/W(해당 열접촉 전도율 범위는 200,000 ~ 2000 W/m² K)이다. 열 접촉 저항이 유의한지 여부를 알기 위해 층의 열 저항의 크기를 일반적인 열 접촉 저항 값과 비교한다. 열 접촉 저항은 유의하며 금속과 같은 양호한 열 도체의 경우 우세할 수 있지만 절연체와 같은 불량 열 도체의 경우 무시할 수 있다.^[2] 열 접촉 전도성은 다양한 용도에서 중요한 요소로, 많은 물리적 시스템이 두 재료의 기계적 조합을 포함하기 때문이다. 연락처 전도성이 중요한 분야는 다음과 같다.^[3][4][5]

• 전자제품
  • 전자포장
  • 열은 가라앉는다.
  • 브래킷
• 산업
  • 원자로냉각
  • 가스 터빈 냉각
  • 내연기관
  • 열교환기
  • 단열재
• 비행
  • 극초음속 비행 차량
  • 우주차 열감지침
• 주거/건축 과학
  • 건물외피의 성능

접촉 전도성에 영향을 미치는 요인

열접촉 전도성은 여러 요인에 의해 영향을 받는 복잡한 현상이다. 경험에 의하면 가장 중요한 것은 다음과 같다.

접촉압력

미세한 매체의 입자와 같이 두 접촉체 사이의 열 수송의 경우 접촉 압력은 전체 접촉 전도성에 가장 큰 영향을 미치는 요인이다. 접촉 압력이 증가함에 따라 진정한 접촉 영역은 증가하고 접촉 전도성은 증가한다(접촉 저항은 작아짐).^[6]

접촉 압력이 가장 중요한 요인이므로 접촉 전도성 측정을 위한 대부분의 연구, 상관관계 및 수학적 모델은 이 인자의 함수로서 수행된다.

고온에서 굴려 제조하는 특정 샌드위치 종류의 재료의 열 접촉 저항은 이들 사이의 열전도율 저하가 무시할 수 있기 때문에 무시될 수 있다.

중간재

정말로 매끄러운 표면은 존재하지 않으며, 표면의 결함은 현미경으로 볼 수 있다. 그 결과 두 몸을 함께 누를 때, 그림 2와 같이 비교적 큰 틈새로 분리된 한정된 수의 지점에서만 접촉이 이루어진다. 실제 접촉 면적이 줄어들기 때문에 열 흐름에 대한 또 다른 저항이 존재한다. 이러한 간격을 채우는 기체/불화체는 인터페이스 전체의 총 열 흐름에 크게 영향을 미칠 수 있다. Knudsen 번호를 참조하여 조사된 중간 물질의 열전도도와 압력은 일반적으로 이질적인 물질의 접촉 전도성과 열 수송에 영향을 미치는 두 가지 특성이다.^[6]

진공에서와 같이 간질 재료가 없을 때는 친밀한 접촉점을 통한 흐름이 지배적이기 때문에 접촉 저항이 훨씬 클 것이다.

표면 거칠기, 웨이브, 평탄도

어떤 표면은 거칠기, 왜도, 프랙탈 치수의 세 가지 주요 특성에 의해 특정한 마감 작업을 거친 표면을 특징 지을 수 있다. 이 중에서 거칠기와 프랙탈리티가 가장 중요한데, 거칠기는 $종종{\displaystyle }$ rms 값, $\$ {\$displaystyle \sigma },$ 표면$$ 프랙탈리티는 일반적으로_f D로 나타낸다. 인터페이스에서 표면 구조가 열전도도에 미치는 영향은 ECR이라고도 하며 전자보다는 음소의 접촉 패치 제한 전송을 포함하는 전기 접촉 저항의 개념과 유사하다.

표면 변형

두 신체가 접촉할 때 양쪽 신체에 표면 변형이 발생할 수 있다. 이러한 변형은 재료 특성 및 접촉 압력에 따라 플라스틱 또는 탄성일 수 있다. 표면이 소성변형을 겪을 때, 변형이 실제 접촉면적을 증가시키기^[7][8] 때문에 접촉저항이 낮아진다.

표면 청결도

먼지 입자, 산 등의 존재도 접촉 전도성에 영향을 미칠 수 있다.

열접촉 전도도 측정

포뮬라 2로 돌아가면 접촉면 $A{\displaystyle }$ ${\displaystyle A}($앞서 설명한 표면 특성의 제품)의 측정이 어려워 열 접촉 전도성의 계산이 어려울 수 있다. 이 때문에 접촉 전도/저항은 보통 표준 기구를 사용하여 실험적으로 발견된다.^[9]

그러한 실험의 결과는 보통 엔지니어링 문헌, 열 전달 저널, 국제 열 및 질량 전달 저널 등과 같은 저널에 게재된다. 불행히도, 접촉 전도 계수의 중앙집중식 데이터베이스는 존재하지 않는데, 이것은 때때로 기업들이 낡고 관련 없는 데이터를 사용하게 하거나, 접촉 전도율을 전혀 고려하지 않게 하는 상황을 말한다.

이 문제를 해결하고 이를 이용하는 중앙집중식 연락처 전도성 데이터 데이터베이스와 컴퓨터 프로그램을 만들기 위해 설립된 프로젝트인 CoCoE(Contact Contractance Estimator)가 2006년부터 시작됐다.

열경계 전도성

유한 열 접촉 전도성은 인터페이스, 표면 와이드, 표면 거칠기 등의 공극에 기인하지만, 거의 이상적인 인터페이스에서도 유한 전도성이 존재한다. 열경계 전도성이라고 알려진 이 전도성은 접촉 물질 사이의 전자적 및 진동적 특성 차이 때문이다. 이 전도성은 일반적으로 열 접촉 전도성보다 훨씬 높지만 나노스케일 재료 시스템에서 중요해진다.

참고 항목

• 열전달

참조

외부 링크

• Project CoCoE - TCC 견적을 위한 무료 소프트웨어