界面传热热阻实验研究(3)
一般认为粗糙表面是个随机过程，整体粗糙度符合高斯分布，局部则为随机分布。主要的表面形貌模型有四种：1）GW（Greenwood-Williamson）模型，即经典弹性接触模型。这一模型主要适用于两个弹性表面的接触，一个为粗糙表面，另一个为光滑表面；2）CMY（Cooper-Mikic-Yovanovich）模型[8]。这是一个用以预测真空中吻合粗糙表面接触热阻的分析模型3）BGT（Bush.Gibson.Thomas）模型。它将凸峰顶部的形状描述为椭圆型抛物线状，其主轴方向和轴长比都是随机的；4）BGK（Bush.Gibson.Keogh）模型。它认为凸峰的方向不变，即椭圆形接触点具有不同的大小和轴长比，但主轴都垂直于基准方向。
描述表面微凸峰由于弹性变形、塑性变形及弹塑性变形对界面热阻的作用机理模型，即凸峰形变模型主要有[9]：Bush, Gibson等提出的粗糙表面的弹性接触模型；Sridhar,Yovanovich等提出的弹塑性接触模型；Nayak等提出的主要适用于塑性粗糙表面静接触的粗糙表面稳态随机过程模型。Yovanovich在以上模型的基础上，对CMY模型作了修正与扩展，使其适用于更广泛的粗糙度和接触压力。引人当量热流通道[10]概念,把接触面上的接触热阻等效为多个当量热流通道上形成的接触热阻并联而成,由此求出整个面上的接触热阻。Leung等从统计热力学出发，把表面凸峰与统计热力学中的粒子进行类比研究接触热阻。不同于传统的基于统计理论的模型，Majumdar等提出用分形方法描述接触界面，并提出了M-T分形网络模型。
随着ANSYS等商用软件的发展，利用有限元法对于接触热阻的计算机数值模拟的研究也得以不断推进。由于文章重点在于接触热阻的实验研究，因此关于数值模拟方面的内容在这里并不展开，具体的处理方法与研究成果可以参考文献[11][12]。
1．3 影响接触热阻的主要因素
界面传热的影响因素很多，且多为非线性因素，工况及使用条件多样化，热变形、接触状况等相互交替影响，产生耦合作用，使问题变得更为复杂。
两固体材料接触时，影响其界面传热的因素有[13]：1、接触界面几何形貌：表面粗糙度，表面波度，接触表面斜度，接触粗糙体的形状、尺寸大小以及数量的多少；2、负载情况：接触压力，加载历史（如接触热阻的滞后效应）；3、温度条件[14]：接触表面平均温度，热流密度及方向，温度变化历史；4、材料特性：接触材料的硬度与导热系数，间隙介质的热物理特性；5、界面接触情况：接触界面有无相对滑动，接触表面有无其他介质。
1．4 文章的主要工作
文章主要通过实验的方法，通过稳态测试材料、负载、表面粗糙度与界面介质对于接触热阻的影响，定性地得到不同因素与接触热阻之间的关系，并加以分析与归纳。
第一章：绪论。给出接触热阻的概念与工程背景，简单叙述相关研究的发展历史与主要成果。
第二章：实验方法与设备。主要介绍下研究所采用的实验方法。
第三章：数据处理与结果分析。对于实验得到的数据进行处理与分析，得到不同因素对于接触热阻的影响规律。
第四章：结论与展望。总结归纳所得到结论，并对于过程中的不足加以分析。展望未来研究的进展。
2 实验方法与设备
固-固接触界面热阻的实验研究根据实验热流是否稳定，可以分为稳态测量与瞬态测量两种[15]。两种实验方法的主要区别是实验过程中两实验接触样品间是否建立了稳定热流。由于稳态测试法有着原理清晰，设备可靠等优点，故本次研究采用稳态测试法。
实验装置结构如图2.1所示。图中，1为底座，2为下定位钢球，3是电加热器，4为金属试样，5为上定位压块，6为上定位钢球，7为活动压块，8为上盖，9是真空抽气口，10为波纹管，11为筒体，12是测温热电阻。图2.2为实际实验装置图，图2.3为测试原理图。
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