导热及其强化
• 导热现象发生时，物体内部的热量会从 温度较高的部分传递到温度较低的部分， 温度较高的物体会把热量传递给与之接 触的温度较低的另一物体。
• 固体、液体、气体内部或之间都可能发 生导热现象。
导热及其强化
• 傅里叶定律
A dt
dx
• 面积热阻 x

t
(x / A)
导热及其强化
• 电子产品散热：导热（+电绝缘）。导热胶粘剂，特别 适合于不规则形状界面。
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
小结
• 1）减少导热热阻：使用导热系数较高的材料 作为导热介质。如纯银、纯铜、纯铝等。
• 2）减少接触热阻：.a. 提高接触表面光洁度 或增加物体间的接触压力，以增加接触面积； b.在接触面之间充填导热系数较高的气体（如 氦气）；c.在接触表面上用电化学方法添加软 金属涂层或加软金属垫片。
• 3）导热胶粘剂的应用。
辐射换热及其强化
辐射换热： • 0K以上物体都具有发射辐射能的能力； • 波长由短到长依次分为γ射线，Χ射线，紫外线，
可见光，红外线，无线电波； • 同温下黑体的辐射能力最大。
辐射换热及其强化
太阳辐射：
• 组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而 太阳只是其中中等大小的一颗；
导热及其强化
• 作为涂层或衬垫用的材料应该具有较低的硬度、 适当的熔点、及较高的导热系数。
• 垫片硬度必须低于基体材料。
• 垫片厚度应该与表面粗糙元高度相当，最好不 要超过粗糙元高度均方根值的两倍。
导热及其强化
• 涂层或衬垫材料的物理特性
导热及其强化
• 铜和铝的导热性能良好，并且价格便宜， 在温度不很高的情况下可用作垫片或涂 层材料。
强化传热技术及应用
李科群 上海理工大学热工程研究所
主要参考文献
• [1] 林宗虎等，强化传热技术，北京：化 学工业出版社，2007。
• [2] 顾维藻等，强化传热，北京：科学出 版社，1989。
• [3] 钱颂文等，管式换热器强化传热技术， 北京：化学工业出版社，2003。
• [4] 辛明道，沸腾传热及其强化，重庆： 重庆大学出版社，1987。
• 导热热阻 x
A
•、纯铜、纯铝等。
导热及其强化
• 接触热阻：两个固体之间发生导热时，由于两 固体表面实际接触面积不大以及两者之间气体 层的的导热系数很低，因此在两固体表面之间 将产生接触热阻。
• 接触热阻与表面加工精度及光洁度（表面不平 度与粗糙度）、表面硬度、作用于物体上的接 触压力、物体材料和气层的导热系数、及表面 上是否形成氧化膜等因素有关。
• 在无涂层时，表面粗糙度高的接触热导较低； 在同样涂层厚度下，具有高粗糙度表面的接触 热导比具有较低表面粗糙度的热导要低；为了 在同样接触压力下达到规定的接触热导值，对 于高粗糙度表面需要有较大的涂层厚度。
导热及其强化
• 银垫片（虚线）和银涂层（实线）接触 热导随其厚度的变化
导热及其强化

• 上图实验条件：P 2000kN / m2 h 4.27m • 随着厚度的增加，接触热导不断提高，
• 当热流密度不高时，可以略去接触热阻；但当 热流密度很高时，则接触热阻必须考虑。
• 在常规压力及表面粗糙度下的接触热阻：
• 不锈钢/不锈钢: (2.2-5.88)×10-4(m2k/w);
• 铝/铝:
(0.833-4.55)×10-4(m2k/w);
• 不锈钢/铝: (2.22-3.33)×10-4(m2k/w);
传热的三种方式
• 1. 导热：物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运 动而产生的热量传递称为导热（或热传导）。
• 2. 对流：由于流体的宏观运动，使流体各部分 之间发生相对位移、冷热流体相互掺混，从而 引起的热量传递称为对流。
• 3.热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式 称为辐射。物体会因各种原因发出辐射能，其 中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
• 铜/铜:
(0.25-2.5)×10-4(m2k/w);
导热及其强化
• 强化导热方法二：减小接触热阻
• 接触热阻：名义接触面积与实际接触面 积。
• 接触点平均距离为b，接触点平均半径为 a。
导热及其强化
• 降低接触热阻的方法：
1.提高接触表面光洁度或增加物体间的 接触压力，以增加接触面积； 2.在接触面之间充填导热系数较高的气 体（如氦气）； 3.在接触表面上用电化学方法添加软金 属涂层或加软金属垫片。
• 太阳已的年龄有五十亿岁，正处在它一 生中的中年时期；
• 地球上所有生物的生长都直接或间接地 需要它所提供的光和热。
太阳
美国天空实验室1973年拍摄 日饵
摄于H-alpha波段的太阳日饵照片 日饵
辐射换热及其强化
• 在高温设备中，辐射换热是换热的主要 形式。 比如在锅炉炉膛、工业窑炉、燃烧室和 发动机等高温能源转换系统中，辐射换 热占有主导地位。
导热及其强化
上述实验图表明： • 无论是否有无涂层或垫片，接触热阻都随着接
触压力的增加而降低； • 加设涂层或铜箔可以在较低接触压力下有效地
降低接触热阻。 • 加设涂层或铜箔可以降低接触热阻至1/2-1/10。 • 在氦气中基体表面间的接触热阻比真空要低到
1/15-1/20，此时主要是依靠气层导热，因此加 设铜箔对降低接触热阻作用不大，相反，可能 增大两者之间的辐射热阻。
• 银的导热性能更好，但价格较贵，故只 用于重要场合。
• 在高温情况下可用镍或铬作垫片或涂层 材料。
导热及其强化
• 涂层接触热导（kw/(m2k)）的变化
导热及其强化
由上图可知：
• 随着接触压力与涂层厚度的增加，接触热导不 断提高；
• 但是过分增加涂层厚度，热导的增加速率不大 （比较t=∞与t=18）；
但增加趋势减缓；
• 当涂层厚度大于10m，垫片厚度大于5 m
后，热导变化很小。
导热及其强化
• 不锈钢基体上的铜涂层：可使表面接触 热阻最多降至1/20。
导热及其强化
• 涂层或垫片降低接触热阻试验:
不同基体材料在不同机加工方法下与银、 铜、镍等涂层（或垫片）相配合，在不 同接触压力和不同温度下的实验结果。