一、热阻基本概念与核心公式
热阻是反映材料或系统对热流传导阻碍程度的物理量,衡量单位热流密度下的温度差。其计算公式为:
R = ΔT / P
其中,R 表示热阻,单位为℃/W 或 K/W;ΔT 为温度差,单位是℃;P 代表功率,单位是瓦特(W)。此公式揭示了在特定热源功率下,物体两端温度差与热阻的正比关系,是评估物体导热性能的关键指标,热阻越大,导热性能越差,反之则导热性能越佳。
在电子设备散热设计领域,热阻概念至关重要。例如,芯片的结到壳热阻(Rjc)、壳到散热器热阻(Rcs)、散热器自身热阻(Rsa)等,均是决定电子设备散热效能的核心要素。
二、并联热阻计算
对于并联热阻的情况,总热阻 Rt 的计算公式为:
1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn
其中,R1、R2、...、Rn 分别为各个并联元件的热阻。


三、热阻计算公式分类
(一)全热阻公式
全热阻公式适用于计算方形封闭空间中各组件的组合热阻,如墙壁、窗户、地板、天花板和门等。计算公式为:
Rtotal = (R1×A1 + R2×A2 + … + Rn×An)/(A1 + A2 + … + An)
其中,Rtotal 表示总热阻;Ri 为组件热阻;Ai 为组件面积。
(二)表面热阻公式
表面热阻公式用于计算材料表面间的热阻。其计算公式为:
Rsurface = 1/(h1×A1 + h2×A2 + … + hn×An)
其中,Rsurface 表示表面热阻;h 为材料传热系数;Ai 为表面积。
(三)单位面热阻公式
单位面热阻公式用于计算单位面积材料表面间的热阻。其计算公式为:
Rlu = 1/(h1×A1) + 1/(h2×A2) + … + 1/(hn×An)
其中,Rlu 表示单位面热阻;h 为材料传热系数;Ai 为表面积。
四、热阻分类与应用场景
(一)导热热阻
当热量通过物体内部以热传导方式传递时,所遇到的阻力称为导热热阻。对于截面积不变的平板,导热热阻计算公式为:
R = L/(k×A)
其中,L 为平板厚度,A 为平板垂直于热流方向的截面积,k 为平板材料的热导率。
(二)对流换热热阻
在对流换热过程中,固体壁面与流体之间的热阻称为对流换热热阻。其计算公式为:
R = 1/(h×A)
其中,h 为对流换热系数,A 为换热面积。
(三)辐射热阻
两个温度不同的物体相互辐射换热时的热阻称为辐射热阻。若两个物体均为黑体,且忽略两物体间气体对热量的吸收,则辐射热阻计算公式为:
R = 1/(A1×F1-2) 或 R = 1/(A2×F2-1)
其中,A1 和 A2 为两个物体相互辐射的表面积,F1-2 和 F2-1 为辐射角系数。
(四)接触热阻
热量流过两个相接触的固体交界面时,界面本身对热流呈现的明显热阻称为接触热阻。产生接触热阻的主要原因是,即使看似接触良好的两物体,实际接触面积也仅为交界面的一部分,其余部分为缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递,其传热能力远低于一般固体材料。接触热阻会导致热流流过交界面时,沿热流方向温度 T 突然下降,这是工程应用中需要尽量避免的现象。
五、其他热阻相关概念
(一)热阻率
热阻率是指单位传热截面面积上的热阻,单位包含 m²。而没有 m² 单位的热阻则是整个物体的热阻,例如一片墙的热阻。
(二)空间热阻
空间热阻,即辐射空间热阻,简称为空间热阻,计算公式为 1/(X×i,2×A)。
(三)表面热阻
表面热阻是指 1-/A1 之间的辐射表面热阻。
(四)传热系数
传热系数用于表征墙体(含所有构造层次)在稳定传热条件下,当其两侧空气温差为 1K(1℃)时,单位时间内通过单位平方米墙体面积传递的热量,单位为 W/(M²·K)。
六、传热系数计算方法
(一)围护结构传热系数 K 值
围护结构传热系数 K 值的计算公式为:
K = 1/(1/h1 + δ/λ + 1/h2) W/(㎡·°C)
(二)围护结构导热热阻
单层结构热阻:
R = δ/λ (m·K/W)
多层结构热阻:
R = R1 + R2 + ... + Rn = δ1/λ1 + δ2/λ2 + ... + δn/λn
(三)围护结构劈面对流换热热阻
内表面换热阻:
Ri = 1/h1
外表面换热阻:
Re = 1/h2
(四)围护结构的传热热阻
R0 = Ri + R + Re
(五)围护结构传热系数
K = 1/R0 (W/(m·K))
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