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Thermal Contact Resistance - 范例

在电子行业中,通常使用薄层环氧树脂来连接芯片和基底。 在其它行业中也会遇到类似情况。 要将环氧树脂层作为单独的零部件来建模,所用的单元大小必须非常小,但这会导致网格化失败或不必要地产生大量单元。

要考虑环氧树脂层导致的热阻影响,不必对它进行建模。 热接触阻力是以曲面到曲面接触条件形式实施的。

在 SI 单位系统中,预期值为总阻力值 (K / W) 或每单位面积分布的阻力值 ((K * m²) / W)。 两个零件之间的薄层材料中的温降基本公式为:

ΔT = q * [t / (k * A)],其中:

  • DT = 接触区域的温降(以 K 为单位)
  • q = 流经接触面的热量(以 W 为单位)
  • t = 层厚度(以 m 为单位)
  • k = 材料层的导热系数(以 W / (m*K) 为单位)
  • A = 接触面的表面积(以 m² 为单位)

总热阻力值为 t / ( k* A),并且分布的阻力值为 t / k。

对热接触阻力建模

对热接触阻力建模的方法有两种:

  • 可以在创建几何体时忽略薄环氧树脂层。 换言之,实际上由薄层分隔的零部件面在模型中将相互接触。
  • 可以在创建几何体时考虑薄环氧树脂层。 在这种情况下,热接触面间将存在缝隙。 使用此方法时,需要考虑以下两点:
    • 当两个接触面之间的距离小于或等于邻近的单元大小时,结果最精确。 下例的结果可能不精确。

    • 尽管不必要为准确配对热接触而拆分面,但这可以提高精度。

要在一个大面与若干个较小的面之间指定不同的热阻,必须先将大面拆分为若干个较小的面,才能为不同的相触面组指定热接触阻力。

热接触阻力中的面不重合的情况

当定义接触面之间的热接触阻力时,最好使用分割线在零件之间创建重叠面。 当这些面相接触但不重叠时,存在三种情况。 在下述情况中,分布的阻力值 Rd 可理解为对应于组 1 中的面上材料层:

情况 1 情况 2 情况 3
thermal_resistance_case1.png thermal_resistance_case2.png thermal_resistance_case3.png
组 2 的蓝色面覆盖组 1 的红色面。 组 1 的红色面覆盖组 2 的蓝色面 组 1 的红色面与组 2 的蓝色面部分相交

总热阻力值为: Rt = Rd / A1,其中 A1 为组 1 中的面面积。

总热阻力值为 Rt = Rd / A1。因此,即使组 2 中的面小于组 1 中的面,也会采用组 1 中的整个面面积来计算总阻力值。

但是,只有公共投影区域(在此情况下为组 2 中的面面积)才被认为参与了两个面之间的传热导。

最好避免这种情况。 使用分割线在组 1 和组 2 的面之间创建公共投影接触区域。


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