熱阻系數(shù)形狀影響研究

為了研究材料的幾何形狀對(duì)熱阻系數(shù)的影響，貴州工業(yè)大學(xué)熱能工程系教授黃曉齊選取了平壁矩形直肋、平壁三角形直肋和圓筒壁矩形剖面環(huán)肋等三種裝置進(jìn)行研究 ，并分別提供了工程計(jì)算用的各種裝置的熱阻系數(shù)曲線圖，從圖上可清楚地看出肋厚、肋高和肋間距對(duì)肋裝置傳熱性能的影響，有助于最佳尺寸的確定,簡(jiǎn)化傳熱計(jì)算。

熱阻系數(shù)是反映阻止熱量傳遞的能力的綜合參量。在傳熱學(xué)的工程應(yīng)用中，為了滿足生產(chǎn)工藝的要求，有時(shí)通過(guò)減小熱阻系數(shù)以加強(qiáng)傳熱；而有時(shí)則通過(guò)增大熱阻系數(shù)以抑制熱量的傳遞。

當(dāng)熱量在物體內(nèi)部以熱傳導(dǎo)的方式傳遞時(shí)，遇到的熱阻稱為導(dǎo)熱熱阻。對(duì)于熱流經(jīng)過(guò)的截面積不變的平板，導(dǎo)熱熱阻為L(zhǎng)/(k A)。其中，L為平板的厚度，A為平板垂直于熱流方向的截面積，K為平板材料的熱導(dǎo)率。

在對(duì)流換熱過(guò)程中，固體壁面與流體之間的熱阻稱為對(duì)流換熱熱阻，1/（hA）。其中，h為對(duì)流換熱系數(shù)，A為換熱面積。

兩個(gè)溫度不同的物體相互輻射換熱時(shí)的熱阻稱為輻射熱阻。如果兩個(gè)物體都是黑體（見黑體和灰體），且忽略兩物體間的氣體對(duì)熱量的吸收，則輻射熱阻為1/(A₁ F _1-2)或1/(A₂ F _2-1)。其中A₁和A ₂為兩個(gè)物體相互輻射的表面積，F(xiàn)_1-2和F _2-1為輻射角系數(shù)。

當(dāng)熱量流過(guò)兩個(gè)相接觸的固體的交界面時(shí)，界面本身對(duì)熱流呈現(xiàn)出明顯的熱阻，稱為接觸熱阻。產(chǎn)生接觸熱阻的主要原因是，任何外表上看來(lái)接觸良好的兩物體，直接接觸的實(shí)際面積只是交界面的一部分，其余部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內(nèi)氣體的熱傳導(dǎo)和熱輻射進(jìn)行傳遞，而它們的傳熱能力遠(yuǎn)不及一般的固體材料。接觸熱阻使熱流流過(guò)交界面時(shí)，沿?zé)崃鞣较驕囟?T發(fā)生突然下降，這是工程應(yīng)用中需要盡量避免的現(xiàn)象。減小接觸熱阻的措施是：①增加兩物體接觸面的壓力，使物體交界面上的突出部分變形，從而減小縫隙增大接觸面。②在兩物體交界面處涂上有較高導(dǎo)熱能力的膠狀物體──導(dǎo)熱脂。

導(dǎo)熱系數(shù)反映的是物質(zhì)在單位體積下的導(dǎo)熱能力。實(shí)際上它反映了物質(zhì)導(dǎo)熱的固有能力。這種能力是由物質(zhì)的原子或分子結(jié)構(gòu)決定的。它是評(píng)價(jià)物質(zhì)之間導(dǎo)熱能力的參數(shù)。

熱阻系數(shù)其實(shí)是導(dǎo)熱系數(shù)與物體的幾何形狀相結(jié)合而體現(xiàn)的該形狀物體的導(dǎo)熱能力。對(duì)非均勻厚度的物體，均勻熱流密度的熱流通過(guò)物體后，兩端任意兩點(diǎn)的溫度差可能是不同的，也就是說(shuō)，任意兩點(diǎn)間的熱阻可能是不同的。

談熱阻系數(shù)，必須要明確這一點(diǎn)：熱阻系數(shù)必須是指定的兩個(gè)點(diǎn)之間的熱阻系數(shù)，并且兩點(diǎn)之間沒(méi)有其它的熱源。它反映的是特定兩點(diǎn)間的導(dǎo)熱能力。就是說(shuō)，給定了熱阻值，同時(shí)必須明確給出計(jì)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)。偏離了這兩個(gè)位置點(diǎn)，這個(gè)熱阻值就沒(méi)有意義了。

純就每種物質(zhì)而言，談熱阻系數(shù)是沒(méi)有太大意義的。因?yàn)閹缀涡螤畈煌?，熱阻就不同了。只有確定了幾何形狀，才可以利用熱阻系數(shù)的概念做導(dǎo)熱能力的比較。

同一種材料，截面積相同、長(zhǎng)度不同的柱體，它們的導(dǎo)熱系數(shù)是相同的，而它們兩對(duì)面的熱阻系數(shù)是不同的。

同一種材料，設(shè)計(jì)成不同的形狀，則不同幾何結(jié)構(gòu)之間，它們的兩個(gè)對(duì)面的熱阻可能不同。某些不同形狀的物體，熱源端某點(diǎn)到對(duì)面某點(diǎn)和到側(cè)面某點(diǎn)的熱阻可能相同。

在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的散熱器結(jié)構(gòu)時(shí)，我們可能采用兩種方案：只用散熱器自然散熱和散熱器加風(fēng)扇散熱。在采用風(fēng)扇散熱時(shí)，可以選取一個(gè)較小的散熱器，其與風(fēng)扇組合的散熱效果可能遠(yuǎn)優(yōu)于只采用一個(gè)較大的散熱器的效果。雖然小散熱器的熱阻系數(shù)大于大散熱器的熱阻系數(shù)，但在兩個(gè)系統(tǒng)中，我們也不能單以兩個(gè)散熱器的熱阻系數(shù)大小來(lái)說(shuō)好壞。

電纜直埋敷設(shè)是指電纜敷設(shè)入地下壕溝中沿溝底鋪有墊層和電纜上鋪有覆蓋層、且加設(shè)保護(hù)板再埋齊地坪的敷設(shè)方式。土壤熱阻系指土壤與電纜表面界面的熱阻系數(shù)，它和界面大小、土壤性質(zhì)、土壤密度、含水量及電纜表面溫度等因素有關(guān)。當(dāng)電纜直埋地或穿管埋地時(shí)，除土壤溫度外，土壤熱阻系數(shù)是另一影響載流量的主要因素。文獻(xiàn) 針對(duì)電纜直埋敷設(shè)時(shí)土壤熱阻系數(shù)的選取，結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行低壓電力電纜截面的選擇，探討土壤熱阻系數(shù)的選取對(duì)于低壓電纜持續(xù)允許載流量的影響。

實(shí)用新型專利 涉及一種便攜式土壤熱阻測(cè)量裝置，該裝置由測(cè)量探頭、控制與計(jì)算模塊、電源模塊、顯示與處理終端組成，可進(jìn)行直埋電纜線路處土壤的溫度監(jiān)測(cè)與導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量，并根據(jù)所測(cè)媒質(zhì)的熱阻特性的變化，自動(dòng)優(yōu)化加熱功率，從而獲得最佳測(cè)量結(jié)果，測(cè)量探頭可以采用基于熱線法的探針式探頭，也可以采用基于平板法的平板狀探頭，探頭內(nèi)包含有三個(gè)熱電偶溫度測(cè)量點(diǎn)和一個(gè)加熱電阻絲。該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤溫度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，還可以對(duì)土壤導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)的測(cè)量。各結(jié)構(gòu)單元模塊化，攜帶與使用方便，能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況采用不同的測(cè)量方式，測(cè)量范圍廣，對(duì)土壤熱阻系數(shù)測(cè)量范圍為0.3～4.5K·m/W，對(duì)直埋電纜線路的設(shè)計(jì)與管理具有重要的意義。

《預(yù)制混凝土裝飾掛板施工工法》的效益分析如下：

清水混凝土掛板的施工造價(jià)為550元/平方米，與中高檔石材相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)效益不是很明顯。但是由于其生產(chǎn)原料為鋼筋混凝土，節(jié)約了天然石材，并且沒(méi)有放射性，加之熱阻系數(shù)與傳統(tǒng)外裝飾做法相比可提高15%，達(dá)到1.97（平方米·開）/瓦（通過(guò)建筑設(shè)計(jì)師計(jì)算，常見的外掛板裝飾做法"240砌塊 25擠塑板＋100空隙＋50掛板"的熱阻系數(shù)為1.75（平方米·開）/瓦，傳統(tǒng)的外裝飾做法"240砌塊＋25擠塑板＋涂料"的熱阻系數(shù)為1.52（平方米·開）/瓦，保溫隔熱特性更佳，所以具有很高的環(huán)保效益；又由于采用技術(shù)成熟的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行板材加工和安裝連接，比石材更加安全可靠，能夠做出更大規(guī)格、更多形狀的板塊，具有很高的社會(huì)效益。

電纜保護(hù)管具備以下特點(diǎn)：

1)電纜保護(hù)管載流量高、熱阻系數(shù)低。

2)電纜保護(hù)管使用時(shí)，與電纜間的摩擦系數(shù)低，電纜穿過(guò)時(shí)更方便。

3)電纜保護(hù)管加長(zhǎng)了井距，減低了工井?dāng)?shù)量，降低了工程成本。