傅里叶定律热传导公式傅立叶定律在热流道系统中的应用

导读本文重点介绍傅立叶定律(热传导方程式)在热流道系统中的应用，顺便也简单介绍一下对流热传递和辐射热传递在热流道系统中的应用。本文力求将晦涩难懂的热力学理论依托....

　　本文重点介绍傅立叶定律(热传导方程式)在热流道系统中的应用，顺便也简单介绍一下对流热传递和辐射热传递在热流道系统中的应用。本文力求将晦涩难懂的热力学理论依托本人实际工作经验转化为通俗易懂的文字来为大家讲解。

热流道是一个恒温控温的系统，控制好了各个部件的温度也就控制了这套热流道。绝大部份的故障都是因为热量控制不好而导致的或与之密切相关。比如流涎、拉丝、太阳圈、发黄、黑点、粘针，浇口发白等等。且看＂热流道＂这个名称，完全可以理解为：控制了热量，控制了流动，就上道了。要控制各处的热量必须知道热在热流道中是如何传递的。

热的传递有三种方式一一一传导，对流，幅射。

先来讲对热流道影响最大的热传导。加热器通电后，热咀和分流板开始发烫了。加热器产生的热量就是通过传导的方式来传递到热咀本体上，咀头上，分流板上。传导是需要介质的，在热流道系统这个介质就是做热咀、分流板的钢材，做铜套、咀芯的铜材。加热器产生的热量还会沿着浇口司的封胶位传导到模仁上；沿着热咀大头，分流板垫块传导到模板上。法国科学家傅立叶在1822年提出了一条热力学定律，全面阐述了哪些条件可以影响热量的传导。公式如下：

公式说明了以下几点：

1.传导出热量的多少与传热距离成反比，即传热距离越远传导出的热量越少；

2.传导出热量的多少与传热件本身材质的导热系数成正比，即导热系数越大传导出的热量越多；

3.传导出热量的多少与传热件和受热件的接触面积成正比，即接触面积越大传导出的热量越多；

4.传导出热量的多少与传热件和受热件间的温度差成正比，即温差越大传导出的热量越多。

　　结合上面的四个结论，在热流道系统设计和维修中可以如下操作：

1.为提高某处温度，可增加此处散热部件的传热距离。如增加分流板上垫块的高度(增加了传热距离)可减少分流板对模板的热损失从而提高垫块处板的温度达到分流板温度更加均衡的目的。再比如下图husky的热咀设计，加热器到封胶位有较远的距离，减少了浇口区热量的损失从而提高了浇口的温度。

2.为提高某处温度，可将传热部件的材质换为导热系数更小的材料以减少热损失从而达到目的。上图中传热部件材质为钢材，导热系数为17W/m•K左右。本体材质为合金铜，导热系数为120W/m•K左右。在实际应用中，尖点式热咀的咀芯用钢质如存在需较高的温度才能射出时，将咀芯材质改为铜质将使射出温度大幅降低也是依据这个原理。需要注意的是：铜材在高温下的机械强度随着温度的升高而下降，而且是不可逆的。不同成分的铜材的极限温度是不一样的，硬度越高其极限温度越低，使用温度越高导热系数也随之升高(也有些材料使用温度升高导热系数会降低)。如铍铜的使用温度不可超过300°C(如AMP83)。

两个导热系数不同的材料串联或者并联使用时，综合的导热系数介于两者原来的导热系数之间。串联的具体应用为：分流板上垫块用钢材垫块和陶瓷(或钛合金）垫块叠加而成。陶瓷(钛合金)不易加工，做成标准尺寸。要调整高度时去加工钢材垫块即可。陶瓷的导热系数为3W/m•K左右，钛合金TiAl6V4的导热系数为6.5W/m•K。这样做出的垫块整体的导热系数低于钢材的17W/m•K。

并联使用的应用多见于热咀的咀芯。比如国内一些厂家用钢材做成咀芯内衬以抵御磨损，外套铜质外套加强导热。这样的结构其综合导热系数高于同尺寸的钢咀芯，低于同尺寸的铜咀芯。

3．为提高某处温度，可降低此处传热件与受热件之间的接触面积。如下图中浇口司的封胶位中间做了一个避空槽就是利用这个原理。

下图中INCOE公司的咀头也是利用了此原理。凹槽降低了壁厚，减少了传热面积，增加了热阻；封胶位做避空道理也一样。

下面再来简单介绍一下对流热传递。风扇吹来的风让人感觉到凉爽，这个现象就是空气发生了对流。热流道加热后，其周边的空气也被加热了，热空气密度变小而上升(烟囱效应)，空下的空间由冷空气过来补充，这样就形成了空气的流动，对流发生了，这是一个自由流动。如果流动方向上加入一个风扇就成了强迫流动。对流加速了热量的消耗。具体到热流道系统中，我们应该让其处于一个密闭的空间中以最大限度的减少对流的发生。很多模具厂为图加工方便和减少费用而使分流板置于天地侧完全敞开的两个模脚之间，这样导致了能耗的提高和温度的不稳定。

最后再来介绍一下辐射热传递。分流板加热后，站在旁边能感到热烘烘的。这个热量就是通过辐射的方式传递给人体的。辐射传热不需要传递介质，它是以电磁波的形式来进行的。黑色表面的物体辐射传热吸热的能力较强，白色光亮表面的物体则较弱。这也是为什么电视机，电脑显示器，铝型材散热器通常做成黑色的原因。具体到热流道行业，国外一些公司在分流板上覆盖一层光亮的铝板或将热咀和分流板镀镍也是出于减少热辐射的原因。

从热流道行业的实际情况来看，传导和对流热损失比较容易控制，占热损失的比例高。

控制好了热传递导致的热量损失除了在本文开头介绍的作用外，还有两个十分重要的作用：1.热量均衡性、热流道及模具稳定性的提高。这个是高品质连续注塑的基础。2.节省了电费支出。一个高品质的热流道产品应该也是一个环保节能的产品。

　　下次来分享一下我对热流道中弹性形变和塑性形变的认识。