接觸熱導

接觸熱導（thermal contact conductance）是指二個固體在有熱接觸時的熱傳導。接觸熱導係數（thermal contact conductance coefficient） $h_{c}$ 是有二個相接觸的固體之間的熱導率，也表示其導熱的能力。接觸熱導係數的倒數稱為接觸熱阻（thermal contact resistance）。

定義

圖1：兩個相接觸固體之間的熱流以及其溫度分佈

當二個固體相接觸（例如圖1的A和B），熱會由較高溫的物體流到較低溫的物體。二個固體的溫度分佈大致如圖1所示。在接觸面上有明顯的溫度落差，這就是二個接觸面之間接觸熱阻造成的影響。接觸熱阻定義為溫度差和介面平均熱流的比例^[1]。

依照傅立葉定律，兩物體之間的熱流如下式所示：

q=-kA{\frac {dT}{dx}}

1

其中 $q$ 為熱流， $k$ 為熱傳導率， $A$ 為截面積， $dT/dx$ 是延著熱流方向的溫度梯度。

考慮能量守恆，兩物體之間的熱流可以用以下方式計算：

q={\frac {T_{1}-T_{3}}{\Delta x_{A}/(k_{A}A)+1/(h_{c}A)+\Delta x_{B}/(k_{B}A)}}

2

可以看出熱流和兩物體的熱傳導率 $k_{A}$ 和 $k_{B}$ ，接觸面積 $A$ ，以及接觸熱阻 $1/h_{c}$ 有關。而接觸熱阻的倒數即為接觸熱導係數 $h_{c}$ 。

重要性

大部份實驗確定的接觸熱阻值在0.000005和0.0005 m² K/W之間（其對應接觸熱導在200,000至2000 W/m² K之間）。要知道接觸熱阻對整體的影響大不大，可以比較系統中各層熱阻的大小，再和接觸熱阻比較。若系統是良好熱導體（例如金屬）組成，接觸熱阻的影響很大，甚至是決定整體的熱阻，但若是針對隔熱材質，接觸熱阻就可以忽略^[2]。在許多應用中，接觸熱導都是重要的參數，大部份是因為許多物理系統是由多個材料所組成的。以下是一些接觸熱導很重要的應用^[3]^[4]^[5]。

電子學
- 電子封裝
- 散熱片
- 支架
工業
- 核反應爐冷卻
- 燃氣渦輪發動機冷卻
- 內燃機
- 換熱器
- 熱絕緣
- 車用鋼材的加壓硬化（英語：Press hardening）
飛行或是航太
- 高超音速飛行器
- 太空船的熱監控
住家/建築科學（英語：Building science）
- 建築外殼的性能

參考資料

^ Holman, J. P. Heat Transfer, 8th Edition. McGraw-Hill. 1997.
^ Çengel. Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer.
^ Fletcher, L. S. Recent Developments in Contact Conductance Heat Transfer. Journal of Heat Transfer. November 1988, 110 (4b): 1059–1070. Bibcode:1988ATJHT.110.1059F. doi:10.1115/1.3250610.
^ Madhusudana, C. V.; Ling, F. F. Thermal Contact Conductance. Springer. 1995.
^ Lambert, M. A.; Fletcher, L. S. Thermal Contact Conductance of Spherical Rough Metals. Journal of Heat Transfer. November 1997, 119 (4): 684–690. doi:10.1115/1.2824172.

[1] Holman, J. P. Heat Transfer, 8th Edition. McGraw-Hill. 1997.

[2] Çengel. Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer.

[3] Fletcher, L. S. Recent Developments in Contact Conductance Heat Transfer. Journal of Heat Transfer. November 1988, 110 (4b): 1059–1070. Bibcode:1988ATJHT.110.1059F. doi:10.1115/1.3250610.

[4] Madhusudana, C. V.; Ling, F. F. Thermal Contact Conductance. Springer. 1995.

[5] Lambert, M. A.; Fletcher, L. S. Thermal Contact Conductance of Spherical Rough Metals. Journal of Heat Transfer. November 1997, 119 (4): 684–690. doi:10.1115/1.2824172.

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