注意事项本文基于 2026R1 版本编写其他版本可能有细节区别。1 热阻概述热阻thermal resistance是一种典型传热现象表述了在不同部分的界面位置各种小尺度因素对传热的阻碍。国际单位制下热阻单位为 K/W。芯片手册上的各种热阻值图源techweb.rohm.com根据传热机理的不同热阻有多种成因和处理方法。固体之间的热阻成因主要是固体之间有空气间隙。常见减小热阻的方法为使用 TIMthermal interface material热界面材料填充固体表面的空气间隙。TIM 应用图源ecothermgroup.com固体和流体之间的热阻成因主要是流体在固体表面附近的流动速度较慢形成热传导为主的热边界层。此类因素通常只能通过修改流道设计改善流动状态来处理。热边界层和速度边界层对比图源mathworks.com固体表面若存在涂层、锈蚀、积灰等情况也会显著增加热阻。建筑、航空航天、化工等领域广泛使用隔热涂层等方法增加固体表面和外界环境的热阻实现隔热保温的需求。油气存储罐的隔热涂层喷涂作业图源neotechcoatings.com积灰的电脑散热器图源ifixit.com2 热阻的计算根据热阻形成的原因热阻可视为在特殊固体材料中的一维热传导且传热方向为材料厚度方向。热阻计算模型示意图热阻的定义为热阻两侧的温度差和传递的热量之间的比例傅里叶热传导的基本规律不考虑热流方向性仅考虑绝对值对于一维热传导温度梯度可简化为如下算式其中 h 为热阻材料的厚度将上式代入可得热阻值和热阻材料之间的关系为3 热阻在 Fluent 中的处理在 CFD 中通常无法通过网格直接表征固体之间的空气间隙、表面涂层等热阻因素。原因在于热阻因素的尺度相对于实际网格尺度太小且部分因素为随机情况。在 Fluent 中无法直接定义热阻值需要通过壁面边界条件设置从而间接设置热阻。在壁面边界条件设置中可通过设置壁面的厚度和热阻材料从而间接表征热阻。热阻材料仅需要设置热传导率即可其他属性对于计算影响不大。对于计算域内部的 wall 和 wall-shadow 配对仅需要设定其中一个面程序会自动修改相应的配对面设置。Fluent 默认为 0 厚度壁面表示无热阻。此时壁面使用任意材料均不影响实际结果。例如上述示例中若接触面积为 1 mm^2则根据热阻计算公式得到对应的热阻值为 2 K/W。壁面厚度可通过表达式、UDF、数据表等方法设置为变量从而表征热阻的变化情况。例如厚度采用表达式表述随时间变化的关系。根据热阻计算公式其对应的热阻变化如表达式计算所示。