单点接触热阻的数值模拟研究

bb20920d · 发表于 2022-4-21 19:46:59

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雅宝题库解析：
在微电子、机械制造、热机与热设备、核反应堆、宇宙飞行器等工程应用中，经常会遇到由于接触界面不完全、非光滑接触，使热量传递受到一定程度的限制，即存在“接触热阻”，进而影响整体设备的工作性能。接触热阻一直是传热学领域的研究热点与难点。影响接触热阻的因素包括接触面微观几何形貌、材料物性、力学特征以及边界条件等，有的还涉及到电、磁等耦合效应。开展接触热阻的理论预测与数值模拟，既有助于理解其物理机制，又能进一步指导工程实际应用。接触热阻预测的逻辑出发点是单点接触热传导题目。本文从二维单点接触热阻理论模型出发，基于傅里叶热传导理论采用有限单元法，编写了轴对称二维热传导计算程序，在不同接触面积比下，程序计算结果与经典的分析解以及ANSYS软件的模拟结果是一致的。针对单点接触传热题目，文中采用Pro/E建立了实际接触面具有不同尺寸、形状、位置等的三维模型，利用ANSYS软件开展了数值模拟研究。研究结果表明：在一定的面积比范围内接触面形状对扩展热阻的影响不能被忽略；实际接触面的偏心率对扩展热阻有直接影响，这与文献中结果是一致的；在实际接触面积给定的条件下，接触面的边界轮廓曲线若具有分形几何特征，其扩展热阻也应收敛于某一确定值。针对热-电耦合的典型应用题目，文中在考虑接触热阻情况下建立了具有规则几何结构的热-电耦合三维简化数学模型，利用ANSYS软件进行了数值模拟研究，结果表明接触热阻对半导体温差发电器发电效率及输出功率具有直接的影响，其接触效应在臂长较小温差发电器中是不可忽略的。

单点接触热阻的数值模拟研究

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