Flotherm中的接触热阻的设置与验证
相信大家在使用Flotherm时都会碰到如何设置固体与固体之间的接触热阻的问题，软件对此也给出了非常方便的设置。下面给出了设置的过程与验证结果。
首先以软件自带的Tutorial 1作为研究对象，然后分别对模型中的Large Plate和Heated Block取Monitor（位于对象的中心）。测量Heated Block的尺寸，Length=40mm，后面将会用到该参数。
对模型不做任何更改，直接进行计算。下图是模型的表面温度云图，从Table里可以知道Monitor的最终温度值。
THeated-Block=78.8552, TLarge-Plate=77.9205
接下来，开始设置接触热阻。对Heated Block进行Surface操作，在Surface Finish对话框中新建一个Surface属性22，然后在Surface Attribute里的Rsur-solid中进行设置。这里，希望在Heated Block和Large Plate之间的添加一个1°C/W的接触热阻，而Rsur-solid的单位是Km^2/W，其实就是(K/W)×(m^2)，即所需热阻值与接触面的面积。前面知道，Heated Block是一个边长为40mm的正方形，面积即为0.0016m^2，所以，这里需要输入的值就是：
1°C/W×0.0016m^2=0.0016Km^2/W。
Heated Block与Large Plate的接触面出现在Heated Block的Xo-Low面上，就需要在Surface Finish对话框中的Attachment的下拉菜单中选择Xo-Low。
设置完成后，不再对模型做任何操作，直接进行计算。下图是模型的表面温度云图，从Table里可以知道Monitor的最终温度值。
THeated-Block=85.7831, TLarge-Plate=77.4179
将仿真结果制作成下表（Heated Block的功耗为8W）：
|
No. |
THeated-Block |
TLarge-Plate |
ΔT |
|
No resistance |
78.8552 |
77.9205 |
0.9347 |
|
With resistance |
85.7831 |
77.4179 |
8.3652 |
首先，这里需要澄清一些事实：热到底是如何被带走的，接触热阻到底会对什么产生影响。Heated Block是热源，热的源头，产生的热分为两部分消散在空气中（不考虑辐射，Radiation Off）：一部分从Heated Block传递给Large Plate，被自然对流带走；另一部分是被Heated Block自身的自然对流带走。这样，无论是否存在接触热阻，都是相同的热传递给了Large Plate（能量守恒，除非Heated Block表面温度更高导致的其自然对流带走的能量的增大）。因此，接触热阻不会对Large Plate有什么影响，也就是说两种情况下Large Plate上的温度值和分布应该是相同的（77.9205和77.4179）。这样看来，接触热阻只会对Heated Block有影响（在原来温度上有大约8°C的温升，由78.8552到85.7831）。
由此看来，在实际的仿真过程中，既可以通过上述的方法来添加接触热阻，从而在仿真结果中直接引入接触热阻对热源温度的影响，也可以先忽略接触热阻，然后再在计算结束后，根据经验在热源的结果上叠加一个温升来代替接触热阻的
影响。
为了进一步验证上面的分析，将计算结果相关的数据拷贝出来制作成下面的表。
表1：没有接触热阻的分析结果
| Face | Mean S-S Surface Temperature (degC) | Cond HeatNet (W) | Conv HeatOut (W) | Conv HeatNet (W) | |
| Large Plate:1 | X-High | 78.398 | 7.4275 | 3.383 | -3.383 |
| Large Plate:1 | X-Low | - | 0 | 3.8406 | -3.8406 |
| Large Plate:1 | Y-High | - | 0 | 0.037489 | -0.03749 |
| Large Plate:1 | Y-Low | - | 0 | 0.05969 | -0.05969 |
| Large Plate:1 | Z-High | - | 0 | 0.055292 | -0.05529 |
| Large Plate:1 | Z-Low | - | 0 | 0.051543 | -0.05154 |
| Heated Block | X-High | - | 0 | 0.50489 | -0.50489 |
| Heated Block | X-Low | 78.398 | -7.4275 | 0 | 0 |
| Heated Block | Y-High | - | 0 | 0.015044 | -0.01504 |
| Heated Block | Y-Low | - | 0 | 0.016685 | -0.01669 |
| Heated Block | Z-High | - | 0 | 0.018943 | -0.01894 |
| Heated Block | Z-Low | - | 0 | 0.016995 | -0.017 |
表2：有接触热阻的分析结果
| Face | Mean S-S Surface Temperature (degC) | Cond HeatNet (W) | Conv HeatOut (W) | Conv HeatNet (W) | |
| Large Plate:1 | X-High | 77.904 | 7.3171 | 3.3247 | -3.3247 |
| Large Plate:1 | X-Low | - | 0 | 3.7911 | -3.7911 |
| Large Plate:1 | Y-High | - | 0 | 0.036957 | -0.036957 |
| Large Plate:1 | Y-Low | - | 0 | 0.059021 | -0.059021 |
| Large Plate:1 | Z-High | - | 0 | 0.054656 | -0.054656 |
| Large Plate:1 | Z-Low | - | 0 | 0.05096 | -0.05096 |
| Heated Block | X-High | - | 0 | 0.59947 | -0.59947 |
| Heated Block | X-Low | 85.221 | -7.3171 | 0 | 0 |
| Heated Block | Y-High | - | 0 | 0.018457 | -0.018457 |
| Heated Block | Y-Low | 0 | 0.020287 | -0.020287 | |
| Heated Block | Z-High | - | 0 | 0.023608 | -0.023608 |
| Heated Block | Z-Low | - | 0 | 0.021113 | -0.021113 |
Mean S-S Surface Temperature表示的是Heated Block和Large Plate接触面上的平均温度值。表1中，ΔT=78.398-78.398=0，表2中，ΔT=85.221-77.904=7.317°C，也就是由接触热阻产生的温差为7.317°C。从能量的角度，表1中，从Heated Block进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.428W，表2中，从Heated Block进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.317W，而Heated Block自身自然对流带走的能量分别为为0.572W和0.683W（前者小于后者，就是因为接触热阻导致Heated Block的温度升高，从而使其自然对流的能力增强）。
根据热阻的定义：
R=ΔT/P
Rsur-solid=7.317°C/7.317W=1°C/W
正好是所设置的值。
标签： 点击： 评论:
