Контактное термическое сопротивление

Если различные теплопроводящие слои находятся в контакте, на поверхности раздела твердых тел часто возникает термическое сопротивление. Это термическое сопротивление, ко­торое обычно называют контактным термическим сопротивле­нием, возникает, когда поверхности двух материалов недостаточно плотно прижаты друг к другу и между ними остается тонкий слой жидкости или газа. Исследование сильно увели­ченной картины контакта между двумя твердыми поверхностями оказывает, что материалы касаются друг друга только вершинами профилей шероховатости поверхностей, а впадины кон­тактирующих поверхностей заполнены инородной средой, возможно воздухом, жидкостью или вакуумом. Контактное термическое сопротивление зависит преждевсего от шероховатости поверхностей, давления, прижимающего две поверхности друг к другу; среды в районе контактной поверхности и температуры в зоне контакта. Механизм теплопередачи в районе контактирующих поверхностей довольно сложен. В местах непосредственного контакта твердых поверхностей осуществляется процесс теплопроводности, а перенос тепла через зазоры, заполненные жидкостью или газом, производится путём конвекции и излучения. Если плотность теплового потока через две контактирующие поверхности составляет Ф/A, а разность температур поперек заполненного жидкостью или газом зазора, который разделяет две твердые поверхности, равна , то контактное термическое сопротивление Ri определяется выражением

Считается, что две поверхности находятся в идеальном тепловом контакте, когда контактное термическое сопротивление стремится к нулю и на поверхности раздела нет перепада температур. При неидеальном тепловом контакте на поверхности раздела существует перепад температур.

В большинстве задач, приведенных в конце главы, не учи­тывается термическое сопротивление на поверхности раздела, хотя оно всегда возникает при механическом соединении твер­дых тел. Несмотря на это, всегда следует иметь в виду сущест­вование этого сопротивления и соответствующего перепада тем­ператур поперек зоны контакта. Для сильно шероховатых по­верхностей и при небольших стягивающих давлениях перепад температур поперек зоны контакта может быть значительным и его нужно учитывать.

Проблема контактного термического сопротивления доста­точно сложна, и пока нет единой теории или серии эксперимен­тальных данных, которые позволяли бы достаточно точно рас­считывать это сопротивление в инженерных задачах.

Пример 3. Стена здания состоит из слоя обычного кирпича [ = 0, 1 м, 0, 7 Вт/(м× град)] и слоя гипсовой штукатурки [L₂ = 0, 038 м, l₂ = 0, 48 Вт/м× град)]. Сравнить тепловые потоки через эту стену без учёта контактного сопротивления между кирпичом и штукатуркой и с учётом его. _конт=0.1 м²× град/Вт.