Kontaktowy opór cieplny

Użyteczność analogii pomiędzy przepływem prądu elektrycznego a przepływem ciepła jest dobrze widoczna, gdy potrzebny jest zadowalający przekazywania ciepła na powierzchni styku dwóch ośrodków przewodzących. Ze względu na ograniczenia związane z obróbką materiałów, dwie powierzchnie ciał stałych nigdy nie utworzą idealnego styku gdy są ze sobą ściśnięte. Ze względu na chropowatość, pomiędzy dwiema stykającymi się powierzchniami zawsze istnieją drobne przerwy powietrzne.

Poprzez powierzchnię styku dwóch ścian istnieją dwa rodzaje przekazywania ciepła: Pierwszym jest przewodzenie przez punkty styku ciał stałych (Qprzew.), które jest bardzo dobre. Drugim jest przewodzenie przez przerwy wypełnione gazem (Qszczel.), które może być bardzo słabe ze względu na niski współczynnik przewodzenia ciepła. Aby opisać kontaktowy opór cieplny, szeregowo z ośrodkami przewodzącymi po obydwu stronach włączona została konduktancja międzyfazowa hc, jak na poniższym rysunku.

Konduktancja hc jest podobna do współczynnika przekazywania ciepła przez konwekcję i ma te same jednostki (W/m2 oK). Jeżeli DT jest różnicą temperatur na powierzchni styku A, to natężenie przekazywania ciepła Q jest wyrażone jako Q = A hc DT. Wykorzystując analogię elektryczno-termiczną, można zapisać: Q = DT/Rt, gdzie Rt jest kontaktowym oporem cieplnym, wyrażonym jako Rt = 1/(A hc).

Konduktancja międzyfazowa hc zależna jest od następujących czynników:

• Wykończenie powierzchni stykających się ścian.

• Materiał każdej ze ścian.

• Nacisk z jakim ściany są ze sobą ściskane.

• Substancja w przerwach pomiędzy dwiema stykającymi się ścianami.

Poniższa tabela przedstawia niektóre typowe wartości konduktancji międzyfazowej dla normalnych wykończeń powierzchni i umiarkowanych nacisków kontaktowych (1 do 10 atm). Przerwy powietrzne nie są opróżniane, chyba że to stwierdzono.

Poniższa tabela wyszczególnia kontaktowe opory cieplne dla metalicznych powierzchni styku w warunkach próżni:

Przykład modelowania kontaktowego oporu cieplnego