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空间应用低温固体材料的界面热阻研究

彭小方  
【摘要】: 在航空航天领域,接触界面热阻是航天飞行器热控制技术中一个普遍存在的问题,它对航天器的热分析、设计具有重要的意义。同时,它也是科学研究和工程应用领域中一个不可忽视的现象。例如在电子、光电子器件与连接器件的冷却,气体透平及内燃机冷却,核反应堆冷却,换热器设计等领域中接触界面热阻都是重要的研究课题。 本文在国家自然科学基金项目(51076013)和教育部博士学科专项基金(20040487039)的资助下,选择固体材料界面的热输运特性问题为切入点,研究低温真空条件下空间应用固体材料间接触界面热阻。 文中首先对界面热阻的形成机理和影响因素进行了详细的分析,讨论了从粗糙表面的形貌、接触面的形变、接触点的导热等方面对界面热阻进行宏观机理研究的经典模型,以及应用声子失配理论和散射失配理论对界面热阻进行微观机理研究的新思路。 本文从理论上推导了激光光热方法测量固体材料热扩散率和固-固间接触界面热阻的理论公式,探索性的以低温G-M制冷机作为冷源,运用激光光热方法测量了低温、真空条件下空间应用固体材料铜、铝的热扩散率和Cu-Cu、Al-Al接触界面热阻,这些实验数据在国内还未见有报导。将激光光热方法引入低温工程领域,开辟了运用新的方法和理论研究空间应用低温固体材料接触界面热阻的新途径。 从微结构低温工程学角度看,在两接触固体的界面处存在一层微米或纳米级厚度的低温界面层,该界面层的组织结构和特性不同于两接触物体。低温界面层的存在是引起界面热阻的主要原因。因此从微结构低温工程学角度研究低温界面层的特性,界面层热阻和界面层上的热运输过程具有重要的理论意义和实际应用价值。


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