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对非平均厚度的物体
发布日期:2019-10-18

  导热系数和热阻 一、 定义 导热系数λ : 是指正在不变传热前提下,设正在物体内部垂曲于导热标的目的取两个相距 1 米,面积为 1 平方米的平行面,而这两个平面的温度相差 1 度,则正在 1 秒内从一个平面传导到另 一平面的热量就为该物质的热导率。其单元为:瓦/(米·度), 导热系数正在 0.12 瓦/(米·度)以下的材料称为绝热材料。 导热系数反映的是导热材料导热性,导热材料的导热系数越大,则其导热性越好。 热阻θ : 就是热流量正在通过物体时,正在物体两头构成的温度差。即:θ =(T2-T1)/P—— (1) 单元是:℃/W。 式中: T2 是热源温度 ,T1 是导热系统端点的温度 ,P 是热源 的功率。(1)式是指正在一维、稳态、无内热源的环境下的热阻。 热阻反映的是导热材料对热传播导的障碍能力,导热材料的热阻越大,则其对热 传导的障碍能力越强。 一般能够通过下面公式计较导热系统端点的温度: (T2-T1)=Pθ ,热源功率越小, 热阻越小,其热传播导能力越好,热阻越大,热传播导能力越差。 热阻还能够由下式表达: θ =L/(λ S)——(2)式中:λ 是导热系数,L 是材料厚 度或长度,S 是传热面积。物体对热传播导的障碍能力,取传导径长度成反比,取 通过的截面积成反比,取材料的导热系数成反比。 二、 对导热系数取热阻的理解和使用场所 导热系数反映的是物质正在单元体积下的导热能力。现实上它反映了物质导热的固 有能力。这种能力是由物质的原子或布局决定的。它是评价物质之间导热能力的 参数。 热阻其实是导热系数取物体的几何外形相连系而表现的该外形物体的导热能 力。 对非平均厚度的物体,平均热流密度的热畅通过物体后,两头肆意两点的温度差 可能是分歧的,也就是说,肆意两点间的热阻可能是分歧的。 谈热阻,必必要明白这一点:热阻必需是指定的两个点之间的热阻,而且两点之 间没有其它的热源。它反映的是特定两点间的导热能力。就是说,给定了热阻值,同 时必需明白给出计量的起点和起点。偏离了这两个点,这个热阻值就没成心义了。 纯就每种物质而言,谈热阻是没有太大意义的。由于几何外形分歧,热阻就分歧 了。只要确定了几何外形,才能够操纵热阻的概念做导热能力的比力。 好比: a. 统一种材料,截面积不异、长度分歧的柱体,它们的导热系数是不异的,而它 们两对面的热阻是毫不同的。 b. 统一种材料,设想成分歧的外形,则分歧几何布局之间,它们的两个对面的热 阻可能分歧。某些分歧外形的物体,热源端某点到对面某点和到侧面某点的热阻可能 不异。 公式(1)能够不考虑材料的几何外形取形成。也就是说,不管传导热的物体是 什么外形,也不管是由几种材料组合而成,只需测得两点间的温度和的热功率, 就能够获得热阻值。这对现实使用丈量是很便利的。 式(2)则是按照材料特征来计较热阻。操纵公式(2),能够不消做现实的丈量 尝试,操纵各材料的导热系数和各构成材料的几何外形,就能够计较出热阻。这对做 模仿计较常好的理论根据。同时,公式(2)更容易让人理解热阻发生的素质。 三、 导热系数取热阻的使用问题 采用热阻的概念,只能是两个系统连结不变的环境下来阐发、比力系统的热形态。 两个系统如有改变,比力的成果可能完全相反。 好比,两种不带铝基板的 1W 白光 LED,见图 2 和图 3,它们的布局尺寸见图 4 和图 5,按照铜底座尺寸,按照公式(2)计较,图 2 产物的核心轴向热阻应是图 3 产 品的 1.54 倍。可正在现实利用中,图 3 的芯片温度要低。怎样会如许?由于,它的底板 下部的面积大,便于热流横向扩展。的计较没有考虑热流横向扩展!它们现实应 用时,还必必要加散热器,见图 5。凡是散热器是铝合金材料,导热系数远小于纯铜 材料。图 2 的 LED 接触面小,热量正在往散热器上传导时,横向的热阻就大了;而图 3 的产物因为铜底座面积大,热量便于横向散开传导到散热器上,使得热流密度减小, 将热量更无效地传导到散热器的外部翅片上。所以,虽然图 3 的布局纵向径长了, 但因为有了好的横向径,其实热阻反倒小了。 再好比,两个材料、工艺不异制成的散热器,A 概况积比 B 概况积大一倍,似乎 A 的热阻比 B 小,A 要好。可是,给 B 配上电扇,B 的热阻就会小于 A。现实上是 B 和 电扇构成了系统,是这个系统比 A 好。并不是 A 比 B 的热阻小而最终正在利用上 A 比 B 系统好。A 和 B 的比力就没成心义,由于 B 不是零丁利用。 这个例子是有现实应意图义的。正在设想产物的散热器布局时,我们可能采用两种 方案:只用散热器天然散热和散热器加电扇散热。正在采用电扇散热时,能够拔取一个 较小的散热器,其取电扇组合的散热结果可能远优于只采用一个较大的散热器的结果。 虽然小散热器的热阻大于大散热器的热阻,但正在两个系统中,我们也不克不及单以两个散 热器的热阻大小来说黑白。 正在系统形成后,不消热阻的概念,通过温度值就能够晓得导热结果的差别。这里 “系统的形成后”是指比拟较的系统的布局确定,热源确定。能够测试相关点的温度 就晓得成果。没有需要曾经晓得了相关点的温度后再去算出个热阻来。通过相关点的 温度值曾经很明白了哪个好,哪个欠好。若是说不是测试,而是要通过模仿计较获得 成果的话,正在模仿计较中,也是通过导热系数和布局参数,先算出相关点的温度。计 算获得了各点的温度,导热黑白也就了然了。也能够不需要再多算一步来算出热阻值。 对于热系统间的比力,仅仅晓得各系统的热阻值,也无法比力哪个黑白。 举例申明。两个分歧 LED 灯具,采用不异型号、规格和数量的 LED,它们的芯片 PN 结到灯具最外端的热阻分歧。可是这两个灯具设想的芯片工做电流是分歧的。一个 灯具的工做电流比另一个要小的多,即便这个灯具的热阻大些,它的芯片温度仍是要 低,它的寿命相对就要好。所以,给出热阻值而分歧时领会其它相关前提,单从热阻 值来比力这两个灯具,是没成心义的。而若给出灯具正在一般工做前提下的温度值,则 能够很好低鉴定它们的热情况黑白了,由此才能够揣度哪个灯具的靠得住性和寿命会好。 当然,热阻的概念也仍是有用的。好比,某些元件出厂后,用户可能无法测试其 内部热源点的温度,如许用户就无法操纵公式(1)和(2)来做后续使用的测试和设 计计较。好比半导体二极管、LED 等元件,用户无法测试 PN 结处的温度。厂家能够根 据半导体物理的理论,按照 PN 结正在不变的电流下结温取正向电压的关系,再考虑封 拆材料的影响,计较出 PN 结到封拆外部某处的热阻。有了 PN 结到封拆体外部某处的 热阻值,用户才能计较元件正在分歧供电前提下元件内部的热情况,从而采纳响应的散 热办法。 按照图 1 的申明,对于多芯片封拆的 LED 元件,给出的热阻值现实是一个加权平 均值。

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