热分析丨热阻（一）

本文，从两方面聊聊热阻：等效热阻和接触热阻。

以前做CFD计算时，为了减少计算量，会用到等效热阻来替代结构壁面以及流体之间的热传递过程。看似有些投机取巧的方法，却非常好用。

使用Workbench进行热分析时，热阻值会直接影响热量传递，表面温度均匀性，然而软件默认热阻是0，如何设置热阻，令人束手无策。

1 认识热阻

从热量传递的三种形式：热传导、热对流和热辐射，理解不同换热形式的热阻形式。

1.1 热传导的热阻

以平板热传导为例，理解热传导过程热阻概念。热流量为热传导过程中的转移量，温差是热量传导的动力，热阻是热量传导的阻力即热阻。

热阻可以理解为抵抗热量传递的阻碍，热阻值取决于介质的几何形状和材料的热属性。

1.2 热对流的热阻

根据牛顿冷却公式，理解一个固体壁面表面对流换热的热阻。

辐射热阻分为空间辐射热阻和表面辐射热阻两种。

式中：A1和A2为两个物体互相辐射的表面积；

F1-2为辐射角系数；

ε1为表面A1的辐射率。

根据公式可知影响辐射热阻的参数是角系数和发射率。根据辐射热阻公式可知，降低角系数和减小辐射表面积都有助于增大空间辐射热阻，而减小表面辐射率，则可以增大表面辐射热阻。

2 综合热阻

当热稳态状态时，

根据：a1/a2=b1/b2=c1/c2=d1/d2=...=c

那么，a1+b1+c1+d1+...=a2+b2+c2+d2+...=c

则可得：

注意：① 对于平板，换热面积是确定的，热流量为平板两侧环境温差除以总热阻；

② 热阻之间是串联，可以根据串联电路总热阻计算方法计算，将热阻求和计算。

2.2 例题

下面引用《传热学》书中的例题进行说明。

例题一：计算单层玻璃热损失

1、问题描述：

厚度8mm，0.8m×1.5m单层玻璃，导热系数为0.78W/（m.K），室外环境温度为-10℃，对流换热系数为40W/（m.K），室内温度为20℃，对流换热系数为10W/（m.K），进行稳态热分析计算。

2、解决方法：

如果要分析单层玻璃稳态时热损失，则需要获得玻璃内外表面温度值。

3、假设：

（1）通过玻璃传热是稳定的，表面温度保持在规定值；

（2）通过墙壁的传热是一维的；

（3）导热系数是恒定的。

4、求解计算：

则可的通过玻璃的传热量。

根据公式（3-13）可得玻璃内表面温度

例题二：计算双层玻璃热损失

求解计算

可以发现，双层玻璃损失热量约为单层玻璃的1/4，说明夹层中大空气热阻起到了隔热作用。

2.3 等效热阻

注意：这小节内容算是瞎叨叨，根据综合热阻的概念，可以得到等效对流换热系数。

举个例子，对换热器结构进行CFD分析时，换热器结构为薄壳，进行网格划分有点麻烦，其实可以投机取巧的，只对内部流体区域进行分析计算，在原本流固交界面处设置等效对流换热系数。这样分析会简单好多，是不是很聪明。

3 接触热阻

先不写了。接触热阻很多东西可以写，周末再更新。其实是，想水一下，一篇文章分成两次发，就可以完成本月更文的目标啦！

参考文献：传热学。