什么是接触热阻？

在我们的日常生活中，接触热阻的概念常常被应用于各种设备和系统中。例如，当我们使用电烤箱烤制食物时，接触热阻可能会影响食物的烤制效果，使得食物的烤制效果不如预期。为了提高烤制效果，人们可能会在电烤箱表面涂抹导热硅脂或者使用导热垫来降低接触热阻，从而提高热传递的效率。再例如，手机和电脑的CPU在工作过程中会产生大量热量。为了保护CPU免受高温损害，影响设备的性能和寿命，人们通常会在CPU与散热器之间涂抹导热硅脂或者使用导热垫片来降低接触热阻。

01 接触热阻模型

图1是接触热阻模型的宏观放大示意图，一般地是将两接触物体的交界面等效为一边平整，一边粗糙的模型，因此接触热阻的存在主要是受表面粗糙度的影响。接触部位之间普遍存在着空隙，在多数工程实践中的干接触中，间隙中充满着空气。因此传热是通过气体接触间隙的传导和/或者辐射、对流实现的。接触热阻可以看作是两个并联的热阻：1）来自于接触区域部位产生；2）由气体间隙产生。接触面积通常很小，特别是越粗糙的表面，其主要作用的是间隙所产生的热阻。

02 传热计算

接触区域的传热计算用如下公式计算：

其中，kh为两接触物体之间的调和平均热导率用如下公式计算：

Ra为两接触物体之间综合平均粗糙度用如下公式进行计算：

P为接触区域的接触压力大小；H为接触的表面硬度。

气隙间的传热计算用如下公式计算：

其中，C为气体独立常数；p为气隙间的气体压力；a为热适应系数；δ为气体间隙，一般为两接触表面的间隙大小，跟粗糙度有关；kg为气体的导热系数。因此接触热阻按如下公式：

03 案例实操计算

用上述计算方法计算两钢块的干接触的接触热阻，罗列的了模型的计算参数如下表：

计算了钢材粗糙度对接触热阻的影响如下图所示：