هذه المقالة يتيمة. ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالة متعلقة بها
يرجى إعادة صياغة هذه المقالة باستخدام التنسيق العام لويكيبيديا

الإتصال الحراري

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
Arwikify.svg يرجى إعادة صياغة هذه المقالة باستخدام التنسيق العام لويكيبيديا، مثل إضافة الوصلات والتقسيم إلى الفقرات وأقسام بعناوين. (يناير 2014)

الاتصال الحراري Thermal contact conductance

التعريف[عدل]

في الفيزياء, سلوك الاتصال الحراري هو عبارة عن دراسة توصيل الحرارة بين الأجسام الصلبة. معامل الاتصال الحراري (Thermal contact conductance coefficient), هو خاصية تدل على القدرة التوصيل الحرارة بين جسمين متصلين, ويطلق على عكس هذه الخاصية مقاومة الاتصال الحراري (Thermal contact resistance).

عند اتصال اثنين من الاجسم الصلبة مثل A و B كما هو موضح في الشكل (1) فإن الحرارة تتدفق من الجسم الأكثر حرارة إلى الأكثر برودة. شريط قياس الحرارة بين الجسمين يدل على اختلاف درجة الحرارة بينهما ويلاحظ وجود انخفاض في درجة حرارة السطحين المتلامسين. هذه الظاهرة تحدث نتيجة مقامة الاتصال الحراري بين الاسطح المتلامسة.و يمكن تعريف مقاومة الاتصال الحراري انها النسبة ما بين الانخفاض في درجة الحرارة ومعدل تدفق الحرارة خلال السطح.

وفقا إلى قانون فورييه (Fourier's law), تم العثورعلى علاقة تدقف الحرارة بين الأجسام وفقا لهذه العلاقة:
(q = - KA(dt/dx حيث انه:

q : تدفق الحرارة
K : التوصيل الحراري
A  : المساحة المقطعية
dt/dx : التدرج في درجة الحرارة باتجاه التدفق<br

ومن اعتبارات الحفاظ على الطاقة, وتدفق الحرارة بين الأجسام المتصلة, وجد انه ان (A) و (B) :

(A q = T1-T3/( ∆xA/KaA+1/hcA+∆xB/(kBA) )

الشكل (1) تدفق الحرارة بين اثنين من الجسام الصلبة المتصلة, وتوزيع درجات الحرارة
يكن ملاحظة ان هناك علاقة مباشرة بين تدفق الحرارة في التوصيل الحراري بين الأجسام المتلامسة ( ، )، ومجال التصال ، ومقاومة الاتصال الحراري كما تم ذكره سابقا وهو معكوس التوصيل الحراري ..

__________________________________________________________________________________________________________________________________-

العوامل المؤثرة في التوصيل[عدل]

الشكل 2. يوضح التفاعل بين سطحين في عملية الاتصال.

1-توسيع التفاعل بين سطحين الاتصال. هناك مبالغة من أجل هذا التوسيع
إن تصرف الاتصال ظاهرة معقدة، تتأثر بعوامل كثيرة أثبتت التجارب أن أهمها على النحو التالي:

2-ضغط الاتصالContact pressure
ضغط الاتصال هو العامل الأكثر تأثيرا على من يتم للاتصال به. كما أن ضغط اتصال ينمو، وينمو تصرف الاتصال وبالتبعية، فإن مقاومة الاتصال تصبح أصغر. ويعزى هذا إلى حقيقة أن سطح التماس بين الأجسام ينمو كما ينمو الضغط اتصال.

إن الضغط الاتصال هو العامل الأكثر أهمية، وتتم معظم الدراسات والعلاقات المتبادلة والنماذج الرياضية لقياس تصرف الاتصال بوصفها وظيفة هذا العامل.

ربما في بعض الأحيان مقاومة الاتصال الحراري لأنواع معينة من المواد يتم تصنيعها من قبل السوق المتداول في ظل درجات حرارة مرتفعة لا يمكن تجاهلها، لأن الانخفاض في التوصيل الحراري بينهما لا يكاد يذكر.

3-المواد الصناعية industrial material (خلل مصنعي) interstitial defect))

إن الأسطح الملساء موجودة حقا، وباستطاعتنا رؤية عيوبها السطحية تحت المجهر.
ونتيجة لذلك، عندما يتم الضغط على جثتين معا، يتم تنفيذ الاتصال في عدد محدود من النقاط، مفصولة بفجوات كبيرة نسبيا، وعندما يتم تقليل منطقة الاتصال الفعلي، فإن المقاومة للحرارة تؤدي إلى وجود تدفق . يجوز للغازات / سوائل سد هذه الثغرات لأنها تؤثر بشكل كبير على تدفق الحرارة ال
مجموع عبر الواجهة. قدرة التوصيل الحراري للمواد وضغوطها هي الخاصيتين التي تحكم قدرة المواد على كيفية للاتصال الحراري

في حالة عدم وجود مواد خلالية، كما في فراغ مثلا ،
فإن مقاومة الاتصال تكون كميتها كبيرة جدا ،و تكون عملية التدفق من خلال نقاط اتصال مهمة هي المهيمنة. ___________________________________________________________________________________________________________________________________

الاسطح الخشنة، التموج والتسطيح[عدل]

Surface roughness, waviness and flatness

يمكن للمرء أن يميز سطحية الأسطح التي شهدت بعض عمليات التشطيب من قبل ثلاث خصائص: خشونة السطح، التموج ومعدل تسطحه ومن بين هذه العوامل خشونة السطح هو الأكثر أهمية، ويشار عادة إليه بوجود قيمة rsm

تشوهات السطح Surface deformations

عندما يتصل جسمين، قد يحدث تشوه للسطح في كل من الجسمين وقد يكون هذا التشوه إما من البلاستيك أومن مرونة المادة، إن هذا يحدث اعتمادا على خصائص المواد وضغط للاتصال بينها. عندما يخضع السطح لتشوه ويتم تخفيض مقاومة الاتصال، حيث يسبب التشوه زيادة نظافة السطح Surface cleanliness يمكن لوجود جزيئات الغبار، والأحماض، وغير ذلك أن يؤثر أيضا على تصرف للاتصال به. قياس تصرف الاتصال الحراريMeasurement of thermal contact conductance) :
ان عملية حساب تصرف الاتصال الحراري أمر صعب، بل من المستحيل، نظرا لصعوبة قياس مجال الاتصال،
لهذا عادة يتم نشر نتائج مثل هذه التجارب في كتب الهندسة، وفي مجلات مثل مجلة نقل الحرارة،
والمجلة الدولية لانتقال الحرارة والكتلة وغيرها، ولسوء الحظ فإنه لا يوجد قاعدة بيانات مركزية للمعاملات تدل على مقدار الاتصال الحراري،
وهذا الوضع يدفع في بعض الأحيان الشركات لاستخدام مواد عفا عليها الزمن، وإيجاد بيانات لا صلة لها بالموضوع، أو عدم اتخاذ تصرف الاتصال الحراي بعين الاعتبار.
CoCoE (Contact Conductance Estimator)شركة أسست مشروع لحل هذه المشكلة وقامت بإنشاء قاعدة بيانات مركزية للبيانات بكيفية تصرف الاتصال الحراري من خلال برنامج الكمبيوتر الذي تم استخدامه، وبدأ العمل به في عام 2006.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

حدود التوصيل الحراري (Thermal boundary conductance)[عدل]

في حين أن هناك تصرف محدود في الاتصال الحراري ووجود فراغات في الواجهة، وتموج السطح، وخشونته وما إلى ذلك، هو تصرف محدود وموجود حتى في الواجهات المثالية.
إن هذا تصرف، والمعروف باسم حدود التوصيل الحراري، يرجع إلى اختلافات في الخصائص الإلكترونية والذبذبات بين مواد الاتصال.
إن هذا تصرف غير عموما الكثير من تصرف الاتصال الحرارية، ولكنه يبقى عامل في نظم المواد النانومترية الحجم.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

المقاومة الحرارية البينية(Interfacial thermal resistance)[عدل]

المقاومة الحرارية بينية، التي تعرف أيضا باسم مقاومة الحدود الحرارية، أو مقاومة كابيتزا، هو مقياس لمقاومة واجهة من التدفق حراري. هذه المقاومة الحرارية تختلف عن مقاومة الاتصال،
كما هو موجود حتى في واجهات الكمال بالذرة. نظرا للاختلافات في الخصائص الإلكترونية والذبذبات في مواد مختلفة، وعندما تكون المواد حاملة للطاقة (الطاقة الصوتية أو الإلكترون، واعتمادا على المواد) حيث تحاول اجتياز الواجهة افتراضيامن خلال وجود تدفق مستمر للحرارة ،
وهذه المقاومة الحرارية البينية تؤدي إلى انقطاع محدود في درجة الحرارة في الواجهة..

___________________________________________________________________________________________________________________________________

العزل الحراري[عدل]

العزل الحراري هو الحد من انتقال الحرارة بين الأجسام من خلال الاتصال الحراري أو في نطاق النفوذ الإشعاعي. نقل الحرارة هو انتقال الطاقة الحرارية بين الأجسام بسبب اختلاف درجات الحرارة. قد يكون هناك وسيلة لوقف ا
لتدفق الحراري عن طريق هندسة العمليات التي تحدث للأجسام ،
وكذلك الأجسام الساكنة مناسب للتدفق الحراري. تدفق الحرارة هو نتيجة حتمية للاتصال بين أجسام لديهم اختلاف في درجة الحرارة كل منهم. والعزل الحراري يوفر وسيلة للحفاظ على التدرج في درجة الحرارة،
من خلال توفير منطقة العزل التي يتم فيها تخفيض تدفق الحرارة أو ينعكس الإشعاع الحراري بدلا من امتصاصه. في تشييد المباني، يتم تعيين المواد العازلة بقياس القدرة العازلة، قيمة - R-. وفي مجال الهندسة الحرارية لأنظمة العزل للأفران، والمفاعلات، والأفران،
والتوصيل الحراري نأخد بعين الاعتبار (K)، كثافة المنتج والحرارة النوعية (C) هي خصائص المنتجات الرئيسية،
والتي تؤثر على كفاءة العزل الحراري، مثل acolodetالعازلة. الموصلية الحرارية المنخفضة (K) هو مماثل لارتفاع قدرة العازلة (R).
___________________________________________________________________________________________________________________________________

تطبيقات[عدل]


1-الملابس

يتم اختيار الملابس للحفاظ على درجة حرارة جسم الإنسان. لتعويض الحرارة العالية المحيطة، ويجب على الملابس من جعل العرق يتبخر (التبريد عن طريق التبخر). عندما يحدث ارتفاع درجات الحرارة بسبب التمارين الجسدية، ويتصاعد العرق من خلال النسيج الجلدي وبسببي حركة التيارات الهوائية التي تبخر العرق فتمتص حرارة الجسم ويحدث التبريد. هناك طبقة من النسيج يعزل قليلا ويبقي درجات حرارة الجلد أكثر برودة من ذلك.

لمكافحة البرد والرطوبة اخلاء الجلد بينما لا يزال من الضروري عدة طبقات من مواد ذات خواص مختلفة ضرورية لتحقيق هذا الهدف في وقت واحد بينما مطابقة الإنتاج المرء الحرارة الداخلية للخسائر الحرارة التي تحدث. والمفتاح هو طبقات لأغراض مختلفة، مثل فقدان الحرارة يحدث نتيجة للإشعاع، وطاقة الرياح والحرارة في الفضاء وموصل سد.وهذا الأخير هو الأكثر وضوحا في مجال الأحذية حيث عزل ضد فقدان الحرارة موصل هو أهم.

2-عزل المباني
تطبيقات العزل مبنى سكني في اونتاريو، كندا. الحفاظ على درجات حرارة مقبولة في المباني (عن طريق التسخين والتبريد) يستخدم نسبة كبيرة من الاستهلاك العالمي للطاقة. بتالي تم عزلها بشكل جيد، ومبنى أصبح لديه: كفاءة في استخدام الطاقة، وبالتالي توفير المال للمالك. توفر درجات حرارة أكثر وأصبحت درحات الحرارة موحدة في جميع أنحاء الفراغ, هناك توازن وحفاظ لدرجة الحرارة وتفاوتها على حد سواء عموديا (بين ارتفاع الكاحل وارتفاع الرأس) ويجب عكسه في المبنى بشكل أفقيا بين الأسقف الخارجية، والجدران والنوافذ والجدران الداخلية، وبالتالي إنتاج بيئة أكثر راحة للإنسان تكون درجات الحرارة خارجا شديدة البرودة أوشديدة الحرارة.

توفير المال حيث يتم تقليل الحد الأدنى من النفقات المتكررة مثل معدات التدفئة والتبريد، والعزل هو دائم ولا تتطلب صيانة أو تعديل. و هناك الكثير من أشكال العزل الحراري تقلل الضوضاء والاهتزاز، سواء القادمة من الخارج وعن من غيرها من الغرف داخل مبنى، وبالتالي إنتاج بيئة أكثر راحة. ويمكن تطبيق فكرة العزل weatherization للحد من الإشعاع الحراري الوارد في الصيف، وتقليل خسارة الحرارة في فصل الشتاء.

3-في الصناعة
إن لم يتم العزل الجيد فإن كمية الطاقة المنفقة ستكون كبيرة جداوانخفاضهاأو عدم الحفاظ عليها درجة حرسيؤدي إلى تغير الأجسام المصنعة أو السوائل. إذا لم يتم عزل هؤلاء، وهذا سيؤدي إلى زيادة احتياجاتها من الطاقة من هذه عملية الصناعة، وبالتالي فإن التكاليف والآثار البيئية ستزداد.

4-عزل الأنابيب في الأنظمة الميكانيكية
التدفئة والتبريد تعمل على توزيع الحرارة في جميع أنحاء المباني عن طريق الأنابيب أو مجاري الهواء. وعزل هذه الأنابيب باستخدام مواد عازلة يقلل من استهلاك الطاقة في الغرف غير المأهولة، ويمنع من حدوث التكثف على الأنابيب الباردة والمثلجة. كما تستخدم المواد العازلة للأنابيب في انابيب إمدادات المياه للمساعدة على تأخير تجميد أنبوب لفترة أطول

5-العزل في المركبات الفضائية
الانطلاق وإعادة التصنيع تفرض ضغوطا شديدة الميكانيكية على المركبات الفضائية، وبالتالي فإن قوة العازل مهم للغاية (كما يراها الفشل في مكوك الفضاء كولومبيا بسبب المادة العازلة). اعادة الدخول عبر الغلاف الجوي يولد درجات حرارة عالية جدا بسبب احتكاك المكوك ضد الهواء بسرعات عالية. فيجب أن تكون العوازل تلبي مطالب الخصائص الفيزيائية وراء هذه الخصائص الحرارية مثبطات نقل. على سبيل المثاليجب أن يكون المكوك معزز بالكربون المخروط مركب والبلاط من الألياف السيليكا

6-العزل في السيارات
محركات الاحتراق الداخلي تنتج الكثير من الحرارة خلال دورة احتراقها. وهذا يمكن أن يكون لها تأثير سلبي عندما يصل إلى مختلف المكونات الحساسة من الحرارة مثل البطاريات، وأجهزة الاستشعار والمحركات وكاتب. ونتيجة لذلك، يتم العزل الحراري هو ضروري لمنع الحرارة من الخروج من العادم والوصول إلى هذه المكونات. السيارات عالية الأداء وغالبا ما تستخدم العزل الحراري كوسيلة لزيادة أداء المحرك.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

العوامل المؤثرة على أداء العزل[عدل]

ويتأثر أداء العزل من قبل العديد من العوامل من ابرزها ما يلي: 1-الموصلية الحرارية ("ك" أو "λ" قيمة) 2-الابتعاثية السطحية ("ε" قيمة) 3-سمك العزل 4-كثافة 5-محددة السعة الحرارية 6-سد الحرارية من المهم أن نلاحظ أن العوامل المؤثرة في الأداء قد تختلف مع مرور الوقت والأعمار المادية أو تغير الظروف البيئية.

المراجع[عدل]

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_contact_conductance'

Holman, J. P. (1997). Heat Transfer, 8th Edition. McGraw-Hill.

Fletcher, L. S. (November 1988). "Recent Developments in Contact Conductance Heat Transfer". Journal of Heat Transfer.

Madhusudana, C. V.; Ling, F. F. (1995). Thermal Contact Conductance. Springer.

Lambert, M. A.; Fletcher, L. S. (November 1997). "Thermal Contact Conductance of Spherical Rough Metals". Journal of Heat Transfer.

Williamson, M.; Majumdar, A. (November 1992). "Effect of Surface Deformations on Contact Conductance". Journal of Heat Transfer.

Heat Transfer Division (November 1970). "Conduction in Solids - Steady State, Imperfect Metal-to-Metal Surface Contact". General Electrician..

ASTM D 5470 – 06 Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials

External links[عدل]

DEAD LINK!!!! ------>* Project CoCoE - Free software to estimate TCC مقاومة الاتصال الحرارية