熱傳導系數(shù)測量的案例
熱傳導系數(shù)測量的主要方法
熱傳導系數(shù)測量的主要方法
■型創(chuàng)科技 / 劉文斌 技術(shù)總監(jiān)
熱傳導系數(shù)(Thermal Conductivity,K-value) 的定義與量測原理
熱傳導系數(shù)被定義為：
上式中K 表示熱傳導系數(shù)，而Q 表示為熱量，當此熱量通過一截面積為A，通過長度為一微量距離ΔL 時，產(chǎn)生了一微量溫度變化量為ΔT。Q 是通過橫截面A并在距離ΔL 上引起溫差ΔT 的熱量。因此Q/A 是引起熱梯度ΔT/ΔL 的熱通量。因此由上式可以知道熱傳導系數(shù)(K) 的測量將會涉及到熱通量（通過單位面積的熱量- Q/A）和溫度差(ΔT) 的測量。然而在測量技術(shù)上的困難點，通常是要如何精確地量測出熱通量。
如果是以直接測量熱通量的方式進行量測（例如通過測量進入加熱器的電功率），這種測量方法稱為絕對值測量法。如果熱通量的測量方法是以間接方式來進行（通過比對方式），則該方法稱為比較值量測法。除了上述兩種主要的量測方式外，另外一種是藉由量測材料的瞬時性質(zhì)來計算得出熱傳導系數(shù)。因此熱傳導系數(shù)(Thermal Conductivity, K-value) 的定義就是在一材料上當一熱通量(heat flux) Q/A 通過時，在材料上產(chǎn)生一溫度梯度(thermal gradient) ΔT/ΔL，其比值就是材料的熱傳導系數(shù)（或稱熱傳導率）。如圖1 所示是材料熱傳導系數(shù)的量測原理示意圖。
圖1：材料熱傳導系數(shù)的量測原理示意圖 ;
熱傳導系數(shù)的量測限制
在所有熱傳導系數(shù)的量測方法中，均要求熱通量必須為單方向的軸向(uniaxial) 熱源，所以熱通量需要軸向通過量測樣品（或是在比較量測法中需要軸向通過參考體），因此熱通量在徑向(radial direction) 的熱損失或是熱生成必須要求為最小。
展開 （熱傳導的）對流系數(shù)
自由空氣和壓縮空氣的對流系數(shù)范圍列于下表：
Mode
Btu/sec/in2/F
N/sec/mm/C
Free air convection
1.93x10-6 - 9.645x10-6
5x10-3 - 25x10-3
Forced air convection
3.86x10-6 - 192.9x10-6
10x10-3 - 500x10-3
The equation for convection heat transfer is:
對流熱傳導方程：
qc = ACnvcof(Ts-Etemp)
where
這里
qc heat transfer associated with convection
qc 與對流對應的熱傳導量
A convection heat transfer area
A 對流熱傳導面積
Cnvcof convection coefficient
Cnvcof 對流系數(shù)
Ts surface temperature
Ts 表面溫度
Etemp environmental temperature
Etemp 環(huán)境溫度
Applicable simulation types: Heat Transfer
適用的模擬類型：熱傳導
Non-Isothermal Deformation
非等溫變形
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Keywords: ENVTMP
關(guān)鍵字：ENVTMP
展開 Moldex3D模流分析材料性質(zhì)與模型之熱傳導系數(shù)模型
熱傳導系數(shù)在充填、保壓、冷卻周期時間的計算、塑件溫度分布等等之冷卻分析過程中扮演了一個非常重要的角色，然而，對熱塑性材料的熱傳導系數(shù)而言，它似乎和溫度沒有多大的關(guān)系，也與分子量無關(guān)；而且不同之熱塑性材料的熱傳導系數(shù)也變化不大。熱塑性材料的熱傳導系數(shù)跟模具金屬比起來是相對的低；因為低的熱傳導系數(shù)可以降低與周圍環(huán)境的熱交換，當我們面對高黏度熱塑性材料時，所面臨之的剪切的熱量，造成此種材料在厚度上的溫度分布是相當不平均的 (非等溫)。
常數(shù)模型(Thermoset only)
模型最簡單的模型就是常數(shù)模型了，其假設(shè)熱傳導系數(shù)與溫度無關(guān)。
K=K0
其中K是熱傳導系數(shù)，K0是其特定常數(shù)值。目前在Moldex3D/Shell-RIM與Moldex3D/Solid-RIM模型主要采用此種模型。
CAE_K 模型 (1)
模型線性內(nèi)插法是另一個常用來表征熱傳導系數(shù)對溫度的相關(guān)性的近似法，因此Moldex3D中也采用了CAE_K模型(1)。給定熱傳導系數(shù) KL 和 KS 在兩個不同的溫度TL 和TS 下，我們可得如下的線性關(guān)系式：
線性內(nèi)插近似的熱傳導系數(shù)示意圖
多段數(shù)據(jù)表征模式
此模式可供用戶針對該材料輸入20點不同溫度下的熱傳導系數(shù)的數(shù)據(jù)，因為此模式可讓用戶彈性的調(diào)配以便準確的描述熱傳導系數(shù)在大范圍溫度區(qū)間下的變化。至于在兩給定溫度之區(qū)間的熱傳導系數(shù)，則采用標準之線性內(nèi)插近似的熱傳導系數(shù)。
在多個數(shù)據(jù)以內(nèi)插法取得熱傳導系數(shù)的示意圖
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