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열 접촉 저항이란 무엇인가요?
열 접촉 저항은 두 고체 사이의 계면에서 열이 전달되는 것을 특징으로 합니다.
제조 및 가공 공정뿐만 아니라 고유의 재료 특성으로 인해 표면의 거칠기는 피할 수 없습니다. 그 결과 두 고체의 표면 전체가 직접 접촉하는 것이 아니라 일부만 접촉하므로 열 전달에 관여하지 않습니다.
고체 사이의 빈 공간은 일반적으로 열 전도성이 좋지 않은 공기로 채워집니다.[1,2] 인터페이스의 온도 상승이 그 결과입니다.
특정 열 접촉 저항에는 다음이 적용됩니다.
그 역수 값을 열 접촉 계수라고도 합니다. 특정 열 접촉 저항 rk와 거시적 접촉 면적 A의 몫을 열 접촉 저항이라고 합니다:
열 접촉 저항의 단위는 □(K/W)입니다.
열 접촉 저항에 영향을 줄 수 있는 요소는 무엇인가요?
- 고체의 표면 거칠기
- 두 고체 사이의 접촉면에 대한 접촉 압력
- 접촉면 사이의 빈 공간을 열 전도성이 좋은 재료로 채우세요:
- 젤, 페이스트, 상변화 재료, 호일, 접착제, 열 인터페이스 재료 등.
- 일반적으로 두 고체의 조합에 따라 열 접촉 저항이 결정됩니다.
저항 모델을 사용하여 열 접촉 저항을 계산하는 매우 간소화된 모델을 설정할 수 있습니다. 열 흐름은 고체와 유체 구성 요소로 분리되어 개별적으로 처리됩니다. 고체 경로에는 두 개의 저항이 직렬로 연결됩니다. 유체를 통과하는 부분은 밀폐된 공기에 의해 형성됩니다. 열 전달은 두 채널을 통해 병렬로 이루어지므로 등가 회로도에서 병렬 회로로 표현할 수 있습니다. (그림 1 참조)
등가 회로도와 직렬 및 병렬 연결에서 저항을 계산하는 알려진 규칙의 도움으로 다음 공식 [1]을 구할 수 있습니다:
와 함께
재료 1,2 또는 공기의 열 저항(K/W 단위)
유효합니다:
이 모델에는 몇 가지 약점이 있습니다.
첫째, 복사 형태의 열 전달을 고려하지 않으며 둘째, 경계층 두께 δ와 열 전달에 참여하는 공칭 면적의 일부 φ는 가장 드문 경우에만 알려져 있습니다.
열 접촉 저항은 어떻게 측정하나요?
열 접촉 저항은 예를 들어 다음을 사용하여 측정할 수 있습니다. “열 인터페이스 재료 테스터”(TIM 테스터). TIM 테스터는 샘플에 열 유속을 가하여 두께가 다른 재료의 열 임피던스를 측정합니다.
선형 회귀를 통해 측정 지점에서 증가하는 직선을 결정하고 그 기울기로부터 열전도도를 결정할 수 있습니다.
직선의 절편은 재료와 측정 블록 사이의 열 접촉 저항에 해당합니다.
예를 들어, 미터 막대는 황동 또는 구리 또는 알루미늄 합금으로 만들 수 있습니다.
이러한 측정의 예는 그림 2에 나와 있습니다.
이 예는 25mm x 25mm 크기와 1MPa의 접촉 압력이 적용된 VespelTM 샘플의 열 임피던스를 측정한 것입니다.
이 예에서는 두께가 1.1mm에서 3.08mm인 샘플을 측정했습니다.
문학:
[1] 그리싱어, 안드레아스. 전자공학의 온도 관리, 스프링거 베를린 하이델베르크, 2019.
[2] 인크로페라, 드윗, 베르그만, 라빈, 열과 질량 전달의 기초.pdf”, 존 와일리 앤 선스, 2017.
