.1244. 工程科学学报.第41卷，第10期 ∠E之∠∠之之∠之之∠∠2之∠∠之∠∠之∠∠之之∠之之∠∠之之∠之2∠∠ 接触件温度K 热流从压缩 实体1 实体2 AAAAAAA 接触件 盘流向缓种 10.5556 777777777777777777777777777777777777777 16.1111 21.6667 27.2222 微凸体温度K 32.7778 38.3333 43.8889 子 494444 44.6145 55 45.6637 46.7129 微凸体 47.7621 48.8113 位置 49.8606 50.9098 图4交界面温度变化示意图 51.9590 53.0082 Fig.4 Schematic of temperature variation on the interface 54.0574 性研究了各因素对接触热阻的影响： 图5热流从316LN流向G10时的温度分布 1)表征表面几何形状的粗糙度对接触热阻的 Fig.5 Temperature distribution during heat transfer from 316LN to 影响.粗糙度越大接触热阻越大，这是由于表面粗 G10 糙度的大小直接影响两固体表面的接触状态，当粗 糙度增大时，热流线收缩加剧，影响热流的传递 接触件 接触件温度K 热流从压缩 效率 盘流向缓冲 10.5556 2)为了研究热流方向对接触热阻的影响，中南 16.1111 216667 大学湛利华等人以钢-铝接触为研究对象，分析了 27.2222 32.7778 热流方向对接触热阻的影响，当热流从导热率较高 38.3333 微凸体 43.8889 温度K 的钢流向导热率较低的铝时接触热阻减小，反之，接 49.4444 12.5435 55 14.4821 触热阻增大，但是该分析结果与Rogers等的研究结 16.4208 微凸体 18.3594 果正好相反 2029R0 22.2367 为了进一步验证热流方向对接触热阻的影响， 24.1753 26.1140 本项目组针对中国聚变工程实验堆(Chinese fusion 28.0526 29.9912 engineering test reactor,CFETR)中心螺线管模型线 圈降温以及磁体预紧支撑部件漏热过程，采用多点 图6热流从G10流向316LN时的温度分布 接触热阻的圆盘等效模型计算热流方向改变时压缩 Fig.6 Temperature distribution during heat transfer from G10 to 316LN 盘不锈钢316LN和缓冲区高性能绝缘材料G10之 间的接触热阻.热分析的边界条件采用降温过程所 一定减小，接触热阻的变化需要和具体的材料属性 允许的极限温差50K,微凸体的接触热阻采用等效 以及相应的工作温度相结合.当材料的工作温度区 接触热阻，微凸体的粗糙度取两接触面粗糙度均值 间较大且热导率随温度变化明显时，接触热阻的计 38m,接触间隙比0.1.当热流从高热导率的压缩 算需要考虑热导率随温度的变化状态.对于超导磁 盘流向缓冲区时接触热阻为1.85×10-3m2.K· 体线圈常用的铠装式馆内线缆导体(CCC),励磁前 W-1,图5为相应的温度场分布.当热流从较低热 需要从室温降至4.5K的超低温，图7给出了接触 导率的缓冲区流向较高热导率的压缩盘时接触热阻 体之间最大温差△：=2K时，铠装式馆内线缆导体 为3.14×10-3m2.K·W-1,图6为相应的温度场分 各组件的接触热阻随温度的变化情况.显然温度升 布，该分析结果与湛利华等的试验结果一致. 高时316LN和G10的接触热阻减小，然而对于超导 3)温度对接触热阻的影响表现为温度升高以 电缆中的铜芯，由于其热导率随温度的升高而降低， 后接触热阻减小〔61-62】，研究表明温度并不是导致接 当温度升高以后铜导体C10200的接触热阻不仅没 触热阻减小的直接因素，温度的变化使接触表面发 有减小，反而出现了些许增大，这与铜导体在超低温 生蠕变，从而间接导致接触热阻发生变化.该结论 下对超导线圈的失超保护功能相吻合.为了进一步 基于特定的实验条件，并不具有普遍的适用性 验证理论计算的可靠性，对铜-石墨在100~400℃ 本文研究表明，温度升高材料的接触热阻并不 的界面接触热阻进行试验研究（此温度区间内，铜-工程科学学报,第 41 卷,第 10 期 图 4 交界面温度变化示意图 Fig. 4 Schematic of temperature variation on the interface 性研究了各因素对接触热阻的影响: 1)表征表面几何形状的粗糙度对接触热阻的 影响. 粗糙度越大接触热阻越大,这是由于表面粗 糙度的大小直接影响两固体表面的接触状态,当粗 糙度增大时,热流线收缩加剧,影响热流的传递 效率. 2)为了研究热流方向对接触热阻的影响,中南 大学湛利华等人以钢鄄鄄 铝接触为研究对象,分析了 热流方向对接触热阻的影响,当热流从导热率较高 的钢流向导热率较低的铝时接触热阻减小,反之,接 触热阻增大,但是该分析结果与 Rogers 等的研究结 果正好相反. 为了进一步验证热流方向对接触热阻的影响, 本项目组针对中国聚变工程实验堆(Chinese fusion engineering test reactor, CFETR)中心螺线管模型线 圈降温以及磁体预紧支撑部件漏热过程,采用多点 接触热阻的圆盘等效模型计算热流方向改变时压缩 盘不锈钢 316LN 和缓冲区高性能绝缘材料 G10 之 间的接触热阻. 热分析的边界条件采用降温过程所 允许的极限温差 50 K,微凸体的接触热阻采用等效 接触热阻,微凸体的粗糙度取两接触面粗糙度均值 38 滋m,接触间隙比 0郾 1. 当热流从高热导率的压缩 盘流向缓冲区时接触热阻为 1郾 85 伊 10 - 3 m 2·K· W - 1 ,图 5 为相应的温度场分布. 当热流从较低热 导率的缓冲区流向较高热导率的压缩盘时接触热阻 为 3郾 14 伊 10 - 3 m 2·K·W - 1 ,图 6 为相应的温度场分 布,该分析结果与湛利华等的试验结果一致. 3)温度对接触热阻的影响表现为温度升高以 后接触热阻减小[61鄄鄄62] ,研究表明温度并不是导致接 触热阻减小的直接因素,温度的变化使接触表面发 生蠕变,从而间接导致接触热阻发生变化. 该结论 基于特定的实验条件,并不具有普遍的适用性. 本文研究表明,温度升高材料的接触热阻并不 图 5 热流从 316LN 流向 G10 时的温度分布 Fig. 5 Temperature distribution during heat transfer from 316LN to G10 图 6 热流从 G10 流向 316LN 时的温度分布 Fig. 6 Temperature distribution during heat transfer from G10 to 316LN 一定减小,接触热阻的变化需要和具体的材料属性 以及相应的工作温度相结合. 当材料的工作温度区 间较大且热导率随温度变化明显时,接触热阻的计 算需要考虑热导率随温度的变化状态. 对于超导磁 体线圈常用的铠装式馆内线缆导体(CICC),励磁前 需要从室温降至 4郾 5 K 的超低温,图 7 给出了接触 体之间最大温差 驻t = 2 K 时,铠装式馆内线缆导体 各组件的接触热阻随温度的变化情况. 显然温度升 高时 316LN 和 G10 的接触热阻减小,然而对于超导 电缆中的铜芯,由于其热导率随温度的升高而降低, 当温度升高以后铜导体 C 10200 的接触热阻不仅没 有减小,反而出现了些许增大,这与铜导体在超低温 下对超导线圈的失超保护功能相吻合. 为了进一步 验证理论计算的可靠性,对铜鄄鄄 石墨在 100 ~ 400 益 的界面接触热阻进行试验研究(此温度区间内,铜鄄鄄 ·1244·