Теплопроводность меди и алюминия: Теплопроводность меди и ее сплавов – плюсы и минусы

Тепловые свойства меди

Характерной особенностью меди является ее высокая теплопроводность, в 6 раз большая, чем у железа, и более высокая, чем у железа, механическая стойкость при низких температурах.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса алюминия, железа, кислорода, мышьяка, сурьмы, серы, селеа, фосфора.
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена, особенно труб, листовой меди и медной проволоки. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева. 
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Тепловое расширение меди (при 20 — 100 град. C) — 0,0168 мм / м / ºC.
Чистая медь и ее сплавы не являются жаростойкими материалами, однако, в некоторых случаях они применяются при повышенных температурах, когда от конструкции требуется повышенная электропроводность или теплопроводность. Используется медь с низким содержанием кислорода (<<0,04 %). Когда требуется прочность изделия, то вводится мышьяк (0,4 %). Добавки Сё (1,0 %), Сг (0,3 %) и Ag (0,1 %) также улучшают механические свойства меди при повышенных температурах, причем электропроводность при этом остается практически без изменения.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
Медь, помимо широкого применения в технике по причине ее высокой электропроводности, используется в химическом машиностроении в качестве конструкционного материала для изготовления разнообразной химической аппаратуры и, в особенности, теплообменной аппаратуры (выпарные аппараты, теплообменники, конденсаторы, испарители, змеевики). Объясняется это высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, их благоприятными физико-механическими свойствами при достаточно высокой.
Существует несколько марок меди, теплопроводность которых при низких температурах может быть весьма различной в зависимости от количества и характера примесей.

Температура плавления меди 1083,85 C (1357.77 ± 0.20·K).

 Принятые значения термодинамических величин для меди и ее соединений в кристаллической и жидкой фазах.

Вещество	Состояние	H°(298.15K)-H°(0)	S°(298.15K)	Cp°(298.15K)	Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а			Интервал температур	Ttr или Tm		DtrHили DmH
		кДж×моль‑1	Дж×K‑1×моль‑1		a	b×103	c×10‑5	K			кДж×моль‑1
Cu	к, куб.	5.004	33.15	24.44	22.287	12.923	0.587б	298.15-1357.77		1357.77	13.14
	ж	—	—	—	32.8	—	—	1357.77-4500		—	—
CuO	к,монокл.	7.11	42.74	42.30	48. 589	7.201	7.499	298.15-1500		1500	49
	ж	—	—	—	67	—	—	1500-4000		—	—
Cu2O	к, куб.	12.6	92.55	62.60	64.553	17.578	6.395	298.15-1517		1517	65. 6
	ж	—	—	—	100	—	—	1517-4000		—	—
Cu(OH)2	к, ромб.	12.45	80.50	78,0	95.784	11.521	18.862	298.15-322		322	0.456
	к, ромб.	—	—	—	95. 784	11.521	18.862	322-1000		—	—
CuF	к, куб.	9.5	65	52.0	55.024	9.137	5.110	298.15-1300		—	—
	к, куб.	—	—	—	66.6	—	—	1300-2000		—	—
CuF2	кII,монокл.	12.15	77.8	65.815	73.100	21.277	12.115	298.15-1065		1065	3
	кI, куб.	—	—	—	90	—	—	1065-1109		1109	55
	ж	—	—	—	100	—	—	1109-3000		—	—
CuCl	кII, куб.	11.4	87.74	52.55	38.206	38.315	-2.596	298.15-685		685	6.5
	кI, гекс.	—	—	—	79	—	—	685-696		696	7.08
	ж	—	—	—	29.319	14. 818	-116.637	696-1200		—	—
	ж	—	—	—	49.200	5.000	—	1200-3000		—	—
CuCl2	кII,монокл.	14.983	108.07	71.88	78.888	5.732	7.749	298.15-675		675	0. 7
	кI, куб.	—	—	—	82.4	—	—	675-871		871	15
	ж	—	—	—	100	—	—	871-2000		—	—
CuBr	кIII, куб.	12.104	96.1	54. 90	-324.417	2241.940	-38.227б	298.15-657		657	4.6
	кII, гекс.	—	—	—	93.175	-27.924	—	657-741		741	2.15
	кI, куб.	—	—	—	83	—	—	741-759		759	5. 1
	ж	—	—	—	38.365	7.807	-115.447	759-1200		—	—
	ж	—	—	—	49.750	5.000	—	1200-2000		—	—
CuBr2	к,монокл.	15.5	135	75. 0	81.117	4.547	6.643	298.15-2000		—	—
CuI	кIII, куб.	12.1	96.1	54.0	381.138	-1139.67	77.215б	298.15-643		643	3.1
	кII, гекс.	—	—	—	-85.852	339.060	—	643-679		679	2. 7
	кI, куб.	—	—	—	116.854	-62.123	—	679-868		868	7.93
	ж	—	—	—	55.205	-2.435	-105.925	868-1400		—	—
	ж	—	—	—	50. 20	5.0	—	1400-2000		—	—
CuI2	к	16	153	76	70.053	19.947	—	298.15-1000		—	—
CuS	к, гекс.	9.44	67.27	47.31	43.675	20.127	2.103	298. 15-2000		—	—
Cu2S	кIII,монокл.	15.8	116.22	76.86	17.070	163.596	-9.791	298.15-376		376	3.79
	кII, гекс.	—	—	—	-1831.18	7221.15	-537.89б	376-710		710	1.19
	кI, куб.	—	—	—	53.634	20.768	-81.748	710-1400		1400	12.8
	ж	—	—	—	90	—	—	1400-3000		—	—
CuSO4	к, ромб.	16.86	109.2	98.87	89. 674	106.341	17.016б	298.15-1100		—	—
	ж	—	—	—	159.4	—	—	1100-2000		—	—
aCp°(T)=a + bT — cT-2 + dT2 + eT3 (вДж×K‑1×моль‑1) Cu:  бd=-13.927×10-6,   e=7.476. 10-9 CuBr:  б d=-4815. 530×10-6,  e=3620.190. 10-9 CuI:  б d=1119.510.10-6 Cu2S:  б d=-10044.20×10-6,  e=4895.09.10-9 CuSO4:  б d=-37.887.10-6

+7(495)988-30-04

Дополнительные мобильные телефоны —

+7(915)332-61-30 +7(916)328-86-67

МЕДЬ

• МЕДНЫЙ ПРОКАТ
• СВОЙСТВА МЕДИ
• ГОСТы на МЕДЬ
• Контакты и реквизиты
• РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА

МЕТАЛЛОПРОКАТ

• ЛАТУНЬ
• МЕДЬ
• БРОНЗА
• АЛЮМИНИЙ
• ТИТАН
• ОЛОВО
• НИКЕЛЬ
• ЦИНК
• РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА

Теплопроводность алюминий или медь — Автомобильный портал AutoMotoGid

Содержание

• Что такое теплопроводность и для чего нужна
• Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
• От чего зависит показатель теплопроводности
• Методы измерения
• Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
• Применение
• 1 Медь – коротко про теплопроводность
• 2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
• 3 Минусы высокой теплопроводности
• 4 Как у меди повысить теплопроводность?

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов – один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

• вида металла;
• химического состава;
• пористости;
• размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

• кухонная посуда с различными свойствами;
• оборудование для пайки труб;
• утюги;
• подшипники качения и скольжения;
• сантехническое оборудование для подогрева воды;
• приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.

1 Медь – коротко про теплопроводность

Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.

Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.

2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

• плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
• стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

3 Минусы высокой теплопроводности

Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.

При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.

4 Как у меди повысить теплопроводность?

Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.

Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.

Шаг пятый.
Предыдущие шажки можно увидеть здесь.
Достался мне тут недавно бракованный кулер Titan D5TB/Cu35. Все было нормально, но основание не отшлифовано совсем, медный пятак имел частые борозды видимо от отрезного станка глубиной примерно 0,5 мм.
Решено было – отполировать и поставить.
Эффект превзошел все ожидания. Температура, под нагрузкой, упала до 47 градусов.
Как это возможно? Алюминий эффективней меди?

Теплопроводность:
Алюминий 180-200 Вт/м*К
Медь обычная 300-320 Вт/м*К

Плотность:
Рал=2700 кг/м3
Рмед=8940 кг/м3, где Р-плотность

Удельная теплоёмкость:
Алюминий – 880 Дж / кг*К
Медь – 385 Дж / кг*К

видим, что:
· плотность меди выше, чем у алюминия примерно в 3,31 раза
· теплопроводность меди выше, чем у алюминия примерно в 1,66-1,75 раза
· теплоёмкость медного радиатора меньше, чем у алюминиевого примерно в 2,28 раза, при равной массе.

Таким образом, если радиаторы одинаковые по размерам и форме, то выполненный из меди будет в 3,31 раза тяжелее, его теплоемкость будет примерно в 1.44 раз больше чем у алюминиевого. Следовательно, при одинаковой нагрузке медный радиатор нагреется в 1.44 раза меньше. При большей разнице температур между процессорным ядром и радиатором теплообмен проходит эффективнее, следовательно, медный радиатор лучше.
Но на практике, я заменил медный радиатор на алюминиевый и выиграл. Почему?
В данном случае я заменил небольшой, но тяжелый радиатор от Thermaltake Volcano 10, с частыми тонкими ребрами, на вдвое больший радиатор от Titan D5TB/Cu35 с достаточно редкими и толстыми ребрами. Масса радиаторов примерно равна, поэтому теплоемкость алюминиевого радиатора будет больше. Следовательно, нагреваться он будет дольше. Кроме того, сопротивление воздушному потоку меньше из-за большей ширины каналов. Следовательно, через алюминиевый радиатор проходит большее количество воздуха, и он (воздух) забирает больше тепла. Тепловой баланс устанавливается на низшей отметке температуры, так как, во-первых, за единицу времени больше тепла отдается в атмосферу вследствие большего количества проходящего воздуха, а площадь теплообмена у обоих радиаторов примерно равна. А во-вторых, сам радиатор нагревается медленнее вследствие большей теплоемкости, поэтому для достижения равной с медным радиатором температуры алюминиевому требуется больше времени, что усугубляет первое положение. Кроме того, возможно в радиаторе от Thermaltake Volcano 10 образовывались не продуваемые зоны, в которых застаивался теплый воздух.
Основное преимущество меди, большая теплопроводность, в данном случае существенного влияния не оказывает, ввиду слабого воздушного потока вследствие чего и алюминиевый и медный радиаторы успевают равномерно распределить тепло по поверхности своих ребер и, следовательно, единица площади ребер обоих радиаторов отдает воздуху примерно равное количество тепла.
Все, что здесь написано, отражает мою личную точку зрения и не более. Я не старался придерживаться классической терминологии и возможно применил неверные определения, за что прошу строго меня не судить.

Конструктивная критика принимается здесь.

Свойства алюминия

Свойства алюминия, одного металлов, принадлежащих к 13-й группе согласно периодической таблице химических элементов, достаточно обширны. Основные группы свойств: физические и химические. Этот легкий металл сочетает сразу множество физических характеристик относительно плотности, теплопроводности, коррозийной стойкости и пластичности. Физические свойства алюминия зависят, как и у множества металлов, от степени чистоты металла. Только особая чистота материала, наиболее приближенная к единице (99,996%), гарантирует самые высокие показатели относительно физических свойств. Именно благодаря высоким показателям металл отлично поддается ковке, штамповке и другим видам обработки.

Что примечательно, алюминий поддается практически любому виду сварки, будь то контактная, газовая или иная разновидность. Серебристо-белый легкий металл характеризуется высокой теплопроводностью, при этом обладает малой плотностью. Показатели электрической проводимости также достаточно велики, поэтому материал постоянно используется в сфере кабельной промышленности. Завершают перечень физических свойств легкого металла замечательная антикоррозийная стойкость и высокая пластичность.

 

Плотность материала

 

Плотность алюминия — это выражение массы материала в содержании единицы объема. Плотностью также называют предел массы вещества по отношению к занимаемому этим веществом объему. Именно по такой формуле вычисляется плотность легкого металла особой чистоты. Ее показатель равен 2,7*10 в кубе кг/м3. Плотность – это свойство, от которого зависит и другая характеристика материала, а именно – прочность. Так как плотность легкого металла довольно мала, то и прочность, соответственно, невелика. Потому алюминий не используется в качестве конструкторского материала.

 

 

Чтобы увеличить прочность металла, к нему добавляются другие элементы с более высокой плотностью. Под воздействием более плотных добавок, прочность алюминия резко возрастает. Также показатели прочности можно поднять с помощью применения механической или термической обработки. В результате удачного сочетания в сплавах, алюминий приобретает ценные конструкционные качества, выраженные в хорошей механической прочности при малой плотности материала. Сплавы на основе алюминия в некоторых отраслях промышленности с успехом заменяют такие металлы (сплавы), как медь или олово, цинк или свинец.

 

Теплопроводность

 

Теплопроводность алюминия — одно из его физических свойств. Оно, как и многие, зависит от чистоты структуры материала. То есть, чем ближе к единице чистота алюминия, тем выше и его свойства теплопроводности. Технический алюминий, процентность которого равна приблизительно 99,49, имеет теплопроводность (при 200 градусах Цельсия) 209 Вт/(м*К). Если же технический алюминий обладает процентностью 99,70, то значение его теплопроводности достигает 222 Вт/(м*К).

 

 

В то время, когда материал электролитически рафирован и его чистота 99,9% — значение теплопроводности уже при 190 градусах Цельсия повышается до 343 Вт/(м*К). В отличие от прочности, которая повышается при сплаве алюминия с другими металлами, свойства теплопроводности в этом случае уменьшаются. Примером можно привести добавку Mn. Всего два процента такой добавки способны уменьшить теплопроводность алюминия со значения 209 Вт/(м*К) до показателя, равного 126 Вт/(м*К). Стоит также отметить, что свойства теплопроводности алюминия настолько высоки, что преимущество относительно них есть лишь у меди и серебра.

Температура плавления алюминия — достаточно весомый показатель, который учитывается любой отраслью промышленности, работающей с данным материалом. Температура плавления – показатель нестабильный, во многом он зависит от того, какие материалы применены для примеси с алюминием. От температуры плавления зависит скорость обработки материала, то есть, можно сказать, производственные возможности. Наиболее часто алюминий обрабатывается в России, Австралии, Канаде и США. В этих странах крупная доля отрасли промышленности занимается плавкой алюминия.

 

 

У каждой страны имеются свои технологии плавки, со временем, благодаря экспериментам с добавлением различных материалов, позволившие минимально возможно снизить показатель температуры плавления алюминия. Наиболее точный, стандартный показатель температуры плавления алюминия составляет 660,32 градуса Цельсия. В связи с таким большим показателем, плавление материала можно организовать только в специальных условиях и специально оборудованных помещениях. Чтобы осуществить этот процесс в домашних условиях, первое, что необходимо – оборудование. Обычно для этого используется тигельная муфельная печь.

 

Теплоемкость

 

Теплоемкость алюминия, если взять показатель постоянного давления и температуру 291 составит 581 кал/град, моль. Но теплоемкость материала может значительно поменяться, если значение температуры будет низким. Высокий показатель теплоемкости диктует свои условия относительно использования достаточно мощных источников тепла. Иногда применяет даже метод подогрева. Высота уровня коэффициента линейного расширения, а также незначительный модуль упругости, могут создать значительные сварочные деформации. Такое обстоятельство диктует условия использования зажимных приспособлений с повышенным уровнем надежности.

 

 

Возникающие деформации в конструкциях, к которым следует подходить с ответственностью, устраняются уже после сварки. Стоит отметить, что высокие показатели таких свойств, как теплоемкость и теплопроводность, относительно самого алюминия, а также его сплавов, значительно влияют на то, какой именно метод сварки следует выбрать. Удельная теплоемкость алюминия, измеряемая в Дж/(кг*град. Цельсия), равна значению 920. Если брать показатели удельной теплоемкости, нужно отметить – они меняются зависимо от агрегатного состояния материала.

 

Удельное сопротивление

 

Удельное сопротивление алюминия выше по сравнению с аналогичной величиной меди. Но на показатель удельного сопротивления меди может существенно повлиять такой метод обработки, как отжиг. На алюминий этот метод практически не имеет влияния. При этом, температурные коэффициенты меди и алюминия идентичны. В кабельной промышленности довольно часто применяется оксидная изоляция.

 

 

 

Теплостойкость оксидированного алюминиевого провода составляет 400 градусов Цельсия. Вообще, удельное сопротивление рассматриваемого материала превышает аналогичный показатель меди в 1,65 раза. Алюминиевые провода достаточно часто подвергаются оксидной изоляции. В то время, чтобы данный метод применить по отношению к медному проводу, его необходимо покрыть хотя бы тонким слоем алюминия. Оксидированный алюминий служит материалом для изготовления катушек, способных работать при высоких температурах.

 

Химические свойства

 

Химические свойства алюминия выражают его валентность, свойства взаимодействия с окружающими сферами. Первое, что стоит отметить – алюминий обладает достаточно высокой химической активностью. Если рассматривать ряд напряжений металлов, то данный материал займет место между магнием и цинком. Алюминию свойственно быстрое окисление кислородом, взятым из воздуха, в результате чего получается прочная защитная оксидная пленка.

 

 

Именно эта пленка является препятствием на пути к дальнейшему окислению материала. Также оксидная пленка оберегает изделия из алюминия от взаимодействия с другими веществами, контакт с которыми может привести к разрушению структуры материала. Именно защитной пленке отводится роль фактора, повышающего антикоррозийную стойкость алюминия. Если нарушается данная оксидная защита, то материал легко вступает во взаимодействие с влагой даже при обычной температуре.

Теплоотдача алюминия и меди сравнение. Теплопроводность, теплоемкость серебра и его теплофизические свойства

Cтраница 1

Теплопроводность меди меньше теплопроводности серебра и золота и равна соответственно 73 2 и 88 8 % теплопроводности последних двух металлов.
 

Теплопроводность меди равна & т 3 9 Вт / (см — К), теплоемкостью стержня пренебречь.
 

Теплопроводность меди и алюминия, как и теплопроводность других чистых металлов, растет с повышением температуры.
 

Как выбрать и установить подоконники

Он покрыт дополнительным антикоррозийным слоем синтетических смоляных смесей, например полиэфира или полиуретана; алюминий — из листового металла или экструдированных профилей. Их поверхность защищена анодированием и покрытием порошковым покрытием или.

Мобильный бетон: как купить, как его построить?

Если агрегат представляет собой только песок, ячеистый бетон называется белым, иногда песчаным. В Польше почти 100% производимого ячеистого бетона представляет собой белый сорт, т.е. в совокупности только песок. Он чаще всего производится и выбирается.

Теплопроводность меди при комнатной температуре в 6 раз больше теплопроводности технического железа, поэтому сварка меди и ее сплавов должна производиться с увеличенной погонной тепловой энергией, а во многих случаях с предварительным и сопутствующим подогревом основного металла.
 

Теплопроводность меди заметно не изменяется под влиянием висмута, свинца, серы, селена, сильно понижается под влиянием незначительных количеств мышьяка, алюминия, снижается под влиянием сурьмы.
 

Тепловые насосы — строительство, энергопотребление и инвестиционные затраты

К сожалению, радиаторы, работающие от более низких температур, не всегда могут обеспечить правильный комфорт в доме. Согласно планам застройщика на этой квартире в гостиной была оборудована мини-кухня. Дизайнеры предложили изменения, благодаря которым кухне удалось управлять отдельной комнатой с окном. В интерьере он разогревает и украшает классику среди радиаторов — Чарлстона, оригинала.

Полы с подогревом воды на первом этаже и на первом этаже

Штукатурка или сколы с алюминиевой добавкой, которая улучшает теплопроводность. Это значительно сокращает время, необходимое для установки системы отопления. Другим важным преимуществом этого метода является малый вес плиты — квадратный метр, из которых их нагрев пола весит около 10 кг, тогда как тот же.

Теплопроводность меди примерно в 1 000 раз больше, чем теплопроводность изоляции, так что тепловым сопротивлением проводника в радиальном направлении можно пренебречь по сравнению с тепловым сопротивлением изоляции. Кроме того, легко обнаружить, что благодаря симметричному расположению проводников плоскости, отделяющие друг от друга смежные слои проводников, являются поверхностями равного уровня температурного поля. Результирующая теплопроводность этого эквивалентного тела соответствует результирующей теплопроводности всей обмотки, если только мы полагаем, что обмотка состоит из слоев, содержащих проводники одного и того же поперечного сечения с изоляцией одинаковой толщины.
 

Деревья, деревья и многолетники в контейнерах — способы их зимовки

Смежные миски или гребешки применяют соответствующий препарат. Установите контейнеры с растениями в ясных местах вдали от радиаторов. Специальная одежда На рынке садов есть приюты, специально предназначенные для растений.

Не бойтесь механической вентиляции

Чтобы «обрабатывать» эффект гравитационной вентиляции также необходимо систематически пылесосить помещение, поскольку оно не защищает.

Как уменьшить расходы на отопление

Снижение температуры только на одну градус дает около 6-10 процентов. экономия при нагревании. Не допускайте, чтобы плоскость была ровной. Кроме того, складывайте окна, особенно после сумерек и зимы. Не закрывайте радиаторы крышками, толстыми занавесками, мебелью и т.д.

Поскольку теплопроводность меди достаточно велика, температуры блока на его поверхности и под датчиком отличаются весьма незначительно. Это обстоятельство было использовано при определении истинных потоков следующим образом.
 

Хотя теплопроводность меди в 8 раз, а тепловое расширение в 2 раза выше, нем у малоуглеродистой стали, высокая температура ацетилено-кислородного пламени позволяет производить сварку меди плавлением; однако получить сварные швы удовлетворительного качества при сварке технически чистой меди трудно. Эта медь содержит 0 025 — 0 1 % кислорода в виде эвтектики Си2О — Си (3 6 % Си2О), которая придает литому металлу хрупкость.
 

Для последнего мы заплатим всего 270 злотых больше, чем первый. Чем больше разница будет при покупке радиаторов. В каминах есть двойные стены, которые собирают воду, собирают и передают тепло радиаторам. Это называется водным лаком. Обычно он окружает камин с трех сторон.

Электрическое напольное отопление: коврик или кабель

Пол, который заменяет традиционные радиаторы. Для многих инвесторов очень важно обеспечить высокий уровень комфорта и здоровья на «этаже». Специалисты подчеркивают, что в помещениях, нагретых таким образом, распределение температуры близко к идеалу и обеспечивает.

Коэффициент теплопроводности меди, серебра и стали изменяется с температурой незначительно, теплопроводность алюминия возрастает в интервале 0 — 400 С приблизительно в 1 6 раза. При высоких температурах серебро испаряется интенсивнее меди, а медь окисляется и взаимодействует с парами теллуридов. Поэтому для медных шин целесообразно использовать защиту слоем железа. Контакт шин с термоэлементами осуществляется через промежуточные слои, исключающие диффузию материала шины в термоэлектрический материал.
 

Зимний сад — зеленый круглый год

Архитектор думал, что тонкие алюминиевые профили будут оптически легче, чем обычные широкие деревянные рамы, и лучше подходят для современного здания, которое должно было быть «воздушным». Хозяева, размышляя над решениями, предложенными. Выбранная конструкция алюминиевых профилей, покрытых несколькими слоями краски, которые защищают их от погодных условий. Компания, из которой мы их купили, также позаботилась об их сборке на месте и вставке окон.

Центральная отопительная система с радиаторами, установленными с медно-алюминиевым нагревательным элементом, обеспечивает полную эффективность в три раза быстрее, чем сияющие или лучистые радиаторные установки. Исключительная энергетическая эффективность обусловлена ​​очень низкой емкостью воды и малым весом.

Какой же все таки поставить радиатор? Я думаю каждый из нас задавался таким же вопросом придя на рынок или в магазин запчастей, осматривая огромный выбор радиаторов на любой вкус, удовлетворяющий даже самого извращенного привереды. Хочешь двух рядный, трех рядный, побольше, поменьше, с крупной секцией с мелкой, алюминиевый, медный. Вот именно из какого металла изготовлен радиатор и пойдет речь.

Современные газоконденсатные или масляные котлы, тепловые насосы или термостаты с головками, установленными на радиаторах, также снижают затраты на отопление. Конвекционная теплопередача обеспечивает равномерное распределение температуры в отапливаемой комнате и естественную циркуляцию воздуха. Конвективное движение воздушной массы влияет на ее гомогенизацию.

Благодаря использованию соответствующих регулирующих клапанов и термостатов, они быстро приносят комнатную температуру к желаемой температуре, создавая правильный комфорт для тепла и микроклимата. Около двухсот лет назад Ломоносов в своей работе «Основы металлургии и искусства горного дела» определил металлы следующим образом: «Металлы — светящиеся тела, которые можно постучать».

Одни считают, что медь. Это своеобразные староверы, так бы назвали их в XVII веке. Да, если взять не новые автомобили XX века, то тогда повсеместно устанавливались медные радиаторы. Не зависимо от марки и модели, была ли это бюджетная микролитражка или тяжеловесный многотонный грузовик. Но есть и другая армия автовладельцев утверждая что радиаторы изготовленные из алюминия лучше медных. Потому как их устанавливают на новые современные автомобили, на сверхмощные двигатели требующие качественного охлаждения.

Основываясь на полученных знаниях, металлы могут быть определены как химические элементы с кристаллической структурой, которые, в отличие от неметалла, обладают физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами. Цвет — варьируется от темно-серого до ярко-белого.

Плавкость — собственность шести металлов. Магнетизм — свойство быть привлеченным или отвергнутым в магнитном поле; железо, кобальт и никель являются ферромагнитными. Состояние агрегации — все металлы находятся в твердом состоянии при температуре окружающей среды, за исключением ртути, которая является жидкой.

И что самое интересное они все правы. И у тех и у других есть свои плюсы и естественно минусы. А теперь небольшой урок физики. Самым отличным показателем, на мой взгляд, являются цифры, а именно коэффициент теплопроводности. Если сказать по простому то это способность вещества передавать тепловую энергию от одного вещества другому. Т.е. у нас имеется ОЖ, радиатор из N-ного металла и окружающая среда. Теоретически чем выше коэффициент тем быстрее радиатор будет забирать тепловую энергию у ОЖ и быстрее отдавать в окружающую среду.

Сопротивление разрушению. Тягучесть. Перерабатывающая обработка. Железо и его основной сплав стали являются наиболее широко используемыми металлами. Железо является самым распространенным металлом на Земле, и, помимо алюминия, он наиболее распространен в земной коре. Основные железные руды: гематит, магнетит, сидерит, таконит и пирит.

Большинство отложений железа находятся вблизи поверхности Земли, поэтому их можно легко добывать с помощью горных работ или горных работ на поверхности. Железо получается из руд, нагревая их углеродом в виде кокса. Добавьте известку в смесь, чтобы удалить кремнийсодержащие примеси, такие как песок и глина. Материалы, добавленные для удаления примесей, называются помадами.

Итак, теплопроводность меди составляет 401 Вт/(м*К), а алюминия — от 202 до 236 Вт/(м*К). Но это в идеальных условиях. Казалось бы медь выиграла в данном споре, да это «+1» за медные радиаторы. Теперь кроме всего необходимо рассмотреть собственно конструкцию самих радиаторов.

Я нашел два вида радиаторов в основе которых лежат алюминиевые и стальные трубки. Вот еще не маловажная часть, т.к. коэффициент теплопроводности стали очень мал по сравнению с алюминием, всего лишь 47 Вт/(м*К). И собственно только из-за высокой разности показателей, уже не стоит устанавливать алюминиевые радиаторы со стальными трубками. Хотя они прочнее чистокровных алюмишек и снижают риски протечки от высокого давления, например при заклинившем клапане в крышке расширительного бачка. Высокая концентрация алюминиевых пластин на трубках увеличивает площадь радиатора обдуваемого воздухом тем самым увеличивая его эффективность, но при этом увеличивается сопротивление воздушного потока и снижается объем прокачиваемого воздуха.

В более старых процессах смесь руды, кокса и известняка образует партию или заряд, который загружается в верхней части печи. Это высотная стальная башня, облицованная жаропрочными кирпичами. Но в современных системах смесь железной руды, кокса и известняка сначала обжаривается для получения материала, называемого агломератом. Сковорода удаляет примеси, такие как вода, углекислый газ и мышьяк, поэтому агломерат имеет относительно большое содержание железа. Количество необработанной руды, смешанной с агломератом, для образования заряда печи.

Ценовая политика же на рынке сложилась таким образом что медные радиаторы значительно дороже алюминиевых. Из общей картины можно сделать вывод что и те и другие радиаторы по своему хороши. Какой же все таки выбрать? Этот вопрос остается за вами.

 

 

Алюминий или медь, вечное противостояние

27.03.2018

В настоящее время основным материалом для обмотки низкого напряжения сухих трансформаторов, мощность которых составляет более 15 кВА, является алюминий. В некоторых странах преобладающим намоточным материалом выступает медь. Рассмотрим основные различия алюминия и меди.

Одной из основных причин выбора обмоток из алюминия является низкая начальная стоимость. Это обусловлено тем, что этот материал более распространен в природе. Более дорогой является покупка медного проводника, цена которой исторически более изменчива. В отличие от меди, алюминий имеет большую пластичность, поэтому легче поддается сварке. Это также обуславливает дешевизну этого материала в производстве. Но для надежного соединения алюминия требуются квалифицированные сварщики, имеющие большое количество знаний и опыта. Легче дело состоит во время соединения меди.

Существует множество аргументов в электротехнической промышленности о плюсах и минусах использования алюминия вместо меди. Мнения меняются до сих пор. Ниже приведем основные характеристики материалов и рассмотрим все преимущества и недостатки.

Рассмотрим ложные и истинные сведения о применении алюминия.

Бытуют ложные мнения о том, что:

• оконечные заделки трансформаторов, намотанных алюминием несовместимы с медной линией и силовыми кабелями;
• соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками;
• обмотки низкого напряжения трансформаторов, намотанные медью, лучше подходят для «ударных» нагрузок. Объясняется это тем, что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия;
• устройства с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем трансформаторы с медными обмотками;
• трансформаторы с алюминиевыми обмотками больше греются, потому, что медь обладает лучшей теплопроводностью.

Правдивыми сведениями об алюминии являются:

• оконцевание выводов должным образом — более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов;
• трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками;

 

5 основных различий между медью и алюминием

Существует пять различий между алюминием и медью, которые вызывают беспокойства в выборе материала для обмотки:

1. Возможность соединения.

Оксиды, хлориды и недрагоценные металлы более проводящие на меди, чем на алюминии. Этот делает более важной для алюминия очистку и защиту соединителей. Бытует мнение о несовместимости соединения меди с алюминием. Остается под вопросом и сопряжение соединений алюминия трансформаторов и медного провода присоединения.

2. Коэффициент расширения.

Алюминий при изменении температуры расширяется практически на треть больше меди. Такое расширение и пластичность алюминия вызывает проблемы для ненадлежаще смонтированных болтовых соединений. Избежать ослабления соединения позволит его подпружинивание. Необходимо использовать прижимные или чашевидные шайбы. С их помощью обеспечится нужная эластичность при сочленении, без сжатия алюминия. При использовании надлежащей арматуры соединения алюминия могут сравняться по качеству с медным.

3. Теплопроводность.

Существует мнение, раз теплопроводность у меди выше, то это влияет на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора. Такое утверждение является верным при условии, что проводники обмоток из меди и алюминия имеют одинаковый дизайн, размер и геометрию. Из этого следует, что для силовых трансформаторов, имеющих заданный размер, характеристики теплопроводности алюминия и меди будут очень близки. Для достижения такой же электропроводности, как у меди, у алюминия она должна быть больше на 66% по площади поперечного сечения.

4. Электропроводность

Часто аргументируют неполноценность проводимости алюминия. Это происходит из-за того, что он имеет 61% от проводимости меди. Поэтому происходят более высокие потери в обмотках трансформатора, изготовленных из алюминия. Чтобы способствовать удержанию температуры в изоляции, трансформаторы, в которых используются обмотки из алюминия разрабатывают с проводниками большего поперечного сечения, чем у меди. Такая процедура приводит, в среднем, к одинаковым потерям как для алюминия, так и для меди. Можно сделать вывод, что силовые трансформаторы аналогичной конструкции с одинаковым нагревом имеют практически аналогичные потери, и материал проводника не имеет значения.

5. Прочность на разрыв

Алюминий имеет более низкую прочность на растяжение и предел текучести. Это вызывало беспокойства в использовании этого материала при циклических нагрузках. 

Нагрузки с большими токовыми бросками, создающие приводы постоянного тока, приводят к появлению электромагнитных сил, вызывающих движение проводников и смещение обмотки. Алюминий имеет 38% от предела прочности меди. Но это сравнение основано на равных площадях поперечного сечения.

Чтобы обеспечить равный рейтинг трансформаторам с алюминиевыми и медными обмотками необходимо, чтобы обмотки имели площадь поперечного сечения на 66% больше, чем устройства с обмотками из меди.

Способность силового трансформатора противостоять долговременным воздействиям бросков нагрузки, в большинстве зависит от соответствующего баланса обмотки и крепления соединительных проводов. Существенной разницы между алюминиевыми и медными обмотками силовых трансформаторов низкого напряжения в механических повреждениях при испытаниях не обнаружено.

Подключение

На сегодняшний день подключение является наиболее распространенной причиной ущербов в использовании обмоток трансформаторов из алюминия. Как медь, так и алюминий под воздействием атмосферы склонны к окислению и другим химическим изменениям. Проблема состоит в том, что окись алюминия представляет собой хороший изолятор. В свою очередь, оксид меди не является очень проблематичным в болтовых соединениях. Предотвратить окисление позволит зачистка контактов вместе с качественным соединением. Рекомендации можно отнести к любому проводящему материалу, но они наиболее существенны для алюминия. Приходим к выводу, что болтовые соединения, изготовленные из алюминия, не рекомендуется использовать без покрытия с медью.

Столкновение теории и практики

Существует множество аргументов, способствующих использованию как меди, так и алюминия.

Одна из теорий фокусируется на разнообразных методах выполнения медных и алюминиевых соединений. Внутренние соединения медных обмоток трансформатора, как правило, паяные. В свою очередь, соединения алюминия свариваются с использованием инертного газа. Сварка алюминия в инертном газе дает сплошной алюминий, который соединен без потери проводимости.

Существует утверждение, медная окись в течение долгого времени продолжает формироваться. Она отслаивает наружную медь и повреждает весь проводник. С другой стороны, алюминиевая окись формирует защитное покрытие на открытых металлических поверхностях. Это препятствует окислению через несколько миллионных долей сантиметра. Не исключены проблемы при эксплуатации трансформатора в коррозионных атмосферных или экстремальных нагрузочных условиях. Но среднестатистическому потребителю не стоит волноваться, потому что у медных и алюминиевых силовых трансформаторов есть отличный послужной список долгих лет практического применения.Единственной причина, чтобы отдать предпочтение меди — ограниченность пространства. Намотанный медью силовой трансформатор имеет меньшие габариты чем с алюминиевой обмоткой.

Выбор алюминиевой или медной обмотки сводится к личным предпочтениям потребителя. Спрос на сухие силовые трансформаторы с низковольтными обмотками из алюминия будет расти из-за главного преимущества над медью — более низкой стоимости. Прежде, чем вложить средства медные трансформаторы, исследуйте причины предпочтения меди в технических характеристиках.

< ПредыдущаяСледующая >

Медь или алюминий: что лучше всего подходит для проводки?

Наверх

26.05.2020

Автор: CHIP

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд

Медь или алюминий: что лучше всего подходит для проводки?

5

5

1

7

2

Сейчас подавляющее большинство электриков используют медную проводку вместо алюминиевой. Но почему? Чем медь лучше алюминия? Ответ в нашей статье.

В СССР вся проводка была алюминиевой, а в современных новостройках таких уже и не встретишь. Но чем медь лучше алюминия? Какую проводку лучше использовать для дома: медную или алюминиевую? Рассказываем, почему материал проводов так быстро и безспворотно изменился.  

Превосходство меди над алюминием для проводки

1. Электропроводность

Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм²/м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм²/м. То есть электропроводность алюминия составляет 65% электропроводности меди, поэтому для одной и той же нагрузки алюминиевый провод придется брать сечением на «ступень» выше меди.

Например, необходимо запитать нагрузку в 5 кВт. Для нее нужно будет взять или медный провод сечением 2,5 мм², например, NYM 3х2,5, или алюминиевый сечением 4 мм². Так как алюминиевый провод более объемный, то он будет занимать больше места в кабель-каналах, для него потребуется клеммы для розеточных групп крупнее по размеру, чем для медных. Учитывая это, медь удобнее использовать для проводки в доме.

2. Окисление

И медь, и алюминий окисляются в процессе эксплуатации под действием воздуха. Однако у меди окисление происходит значительно медленней, и сама по себе пленка (зеленоватый налет) довольно легко разрушается, поэтому неплохо проводит ток (хотя проходимость немного ухудшается).

У алюминия же окисление происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная и плохо проводит ток. Окисленные соединения на скрутках, сжимах или клеммах чаще всего становятся причиной горения контакта. Удалить оксидную пленку можно кварцево-вазелиновой смазкой, но найти ее в магазинах не так-то просто, да и это дополнительные расходы и время на обслуживание.

3. Механическая прочность

Медный провод более гибкий и прочный, чем алюминиевый. В процессе монтажа жилы приходится изгибать, например, для соединения в распредкоробках и розетках. Медные жилы могут выдержать многоразовое изгибание без повреждения, а вот алюминиевые лишь 5 — 10 изгибаний, а дальше ломаются.

Особые проблемы алюминиевая проводка создает, когда нужно ремонтировать соединения в распредкоробках — старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы вытащить хоть немного провода.

4. Теплопроводность

Данный параметр характеризует способность проводника рассеивать тепло. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем лучше металл рассеивает тепло. У меди коэффициент теплопроводности составляет 389,6 Вт/м* °С, а у алюминия 209,3 Вт/м* °С. То есть медь почти в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Особенно это важно в местах соединений, где провод греется сильнее всего. При одной и той же нагрузке медь в два раза быстрее будет отводить тепло (точнее не нагреваться).

Превосходство алюминия над медью для ЛЭП 

Но алюминий вовсе не отправлен на пенсию: воздушные линии электропередач по-прежнему выполняют из этого металла. Стало быть, и у него есть преимущества? Конечно! 

1. Вес

Вес во многом определяется исходя из плотности металла. Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Плотность меди составляет 8900 кг/м³, а алюминия 2700 кг/м³. То есть при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше алюминиевого. Для домашней проводки это не критично, так как провод лежит в штробах, а для воздушной линии электропередач это важный показатель. Именно поэтому для ВЛЭП используют алюминиевый провод.

2. Цена

Здесь алюминий явный победитель. Все минусы алюминия сказались на относительно невысокой цене, которая примерно в 4 раза ниже цены на медь, поэтому воздушные линии, а также вводы в дом выполняют исключительно алюминиевым проводом.

Интересные факты из мира электрики:

• Чем «земля» отличается от «нуля»? Разбираемся в сложностях электрики.
• Почему в США напряжение в сетях 110 В, а в России 220 В?

Теги

электропроводка

Автор

Антон Гладышев

Была ли статья интересна?

Поделиться ссылкой

Нажимая на кнопку «Подписаться»,
Вы даете согласие на обработку персональных данных

Рекомендуем

Реклама на CHIP
Контакты

Металлы, металлические элементы и сплавы

Теплопроводность обычных металлов, металлических элементов и сплавов.

Рекламные ссылки

Теплопроводность — k — это количество тепла, передаваемое из-за единичного температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади. Теплопроводность — к — используется в уравнении Фурье.

• Расчет кондуктивной теплопередачи
• Calculate Overall Heat Transfer Coefficient

.

. Trace MG)

49898 «

49898″

.0020

2048″48 «48″48 «

4

4

48

48

4202048″

4202048 «

42048″

9202

Metal, Metallic Element or Alloy	Temperature — t — ( o C)	Thermal Conductivity — k — (W/m K)
Aluminum	-73	237
»	0	236
«	127	240
»	327	232
«	527		2049. 2049.	20	164
Алюминий — Силумин (87% Al, 13% Si)	20	164
Алюмин Бренз
Алумин Бренз
. сплав 3003, прокат	0 — 25	190
Aluminum alloy 2014. annealed	0 — 25	190
Aluminum alloy 360	0 — 25	150
Antimony	-73	30.2
»	0	25.5
»	127	21.2
»	327	18.2
»	527	16.8
Beryllium	-73	301
»	0	218
»	127	161
»	327	126
«	527	107
»	727
«
»
«
»
«
«27	73
Beryllium copper 25	0 — 25	80
Bismuth	-73	9. 7
»	0	8.2
Boron	— 73	52.5
»	0	31.7
»	127	18.7
»	327	11.3
»	527	8.1
»	727	6.3
»	927	5.2
Cadmium	-73	99.3
«	0	97,5
»	127	94,7
	-73	36,8	-73	36,8	-73	36,8	-73			-73
»	0	36.1
Chromium	-73	111
»	0	94. 8
»	127	87.3
»	327	80.5
»	527	71.3
»	727	65.3
»	927	62.4
Cobalt	-73	122
»	0	104
»	127	84.8
Copper	-73	413
»	0	401
»	127	392
»	327	383
»	527	371
»	727	357
»	927	342
Copper, electrolytic (ETP)	0 — 25	390
Медная — Адмиралтейская латунь	20	111
Медная — алюминиевая бронза (95% CU, 5% Al)	20
	. Сн)	20	26
Copper — Brass (Yellow Brass) (70% Cu, 30% Zn)	20	111
Copper — Cartridge brass (UNS C26000)	20	120
Медная — Constantan (60% Cu, 40% Ni)	20	22,7
Медный — немецкий серебро (62% CU, 15% NI, 22% ZN)	20	8 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 248 249998 24848 24.
Медь – фосфористая бронза (10% Sn, UNS C52400)	20	50
Copper — Red Brass (85% Cu, 9% Sn, 6%Zn)	20	61
Cupronickel	20	29
Germanium	-73	96.8
»	0	66. 7
»	127	43.2
»	327	27.3
»	527	19.8
»	727	17.4
»	927	17.4
Gold	-73	327
»	0	318
«	127	312
»	327	304
«
»
«
»
«
»
«
«2
»	727	278
»	927	262
Hafnium	-73	24.4
»	0	23. 3
»	127	22.3
»	327	21.3
»	527	20.8
»	727	20.7
»	927	20.9
Hastelloy C	0 — 25	12
Inconel	21 — 100	15
Incoloy	0 -100	12
Индий	-73	89,7
«	0
83,7
83,7
93,7
93,7
»	93,7
«	93,7
»	83,7
.	127	75.5
Iridium	-73	153
»	0	148
»	127	144
»	327	138
»	527	132
»	727	126
»	927	120
Iron	-73	94
»	0	83. 5
»	127	69.4
»	327	54.7
»	527	43.3
«	727	32,6
»	927	28.2
2020 927	28.2
20202020 927	28.2
2020202098	28.2
927	28.2
2020904
Iron — Cast	20	52
Iron — Nodular pearlitic	100	31
Iron — Wrought	20	59
Lead	-73	36.6
»	0	35.5
»	127	33.8
»	327	31.2
Химический свинец	0 — 25	35
Антимоновый свинец (жесткий свинцовый	0	79. 2
«	127	72.1
Magnesium	-73	159
»
«
«
»
«
157
»	127	153
»	327	149
»	527	146
Magnesium alloy AZ31B	0 — 25	100
Manganese	-73	7.17
»	0	7.68
Mercury	-73	28.9
Molybdenum	-73	143
»	0	139
»	127	134
»	327	126
«	527	118
»	727	112
«	927		927
	927		927		927				«0048 Monel	0 – 100	26
Nickel	-73	106
»	0	94
»	127	80. 1
»	327	65.5
»	527	67.4
»	727	71.8
»	927	76.1
Nickel — Wrought	0 – 100	61 – 90
Cupronickel 50 -45 (Constantan)	0 — 25	20
Niobium (Columbium)	— 73	52.6
»	0	53.3
»	127	55.2
»	327	58.2
»	527	61.3
»	727	64.4
»	927	67.5
Osmium	20	61
Palladium		75,5
Platinum	-73	72,4
«	0	71,5
»	127
«	127
»
«0049	71. 6
»	327	73.0
»	527	75.5
»	727	78.6
»	927	82.6
Plutonium	20	8.0
Калий	-73	104
«	0	1049999″	0		«	0		«
»	127	52
Red brass	0 — 25	160
Rhenium	-73	51
»	0	48.6
»	127	46.1
»	327	44.2
»	527	44.1
»	727	44. 6
»	927	45.7
Rhodium	-73	154
»	0	151
»	127	146
»	327	136
»	527	127
»	727	121
»	927	115
Rubidium	-73	58.9
»	0	58.3
Selenium	20	0.52
Silicon	-73	264
«	0	168
»	127	98.9
202020	98.9
20202020048 »	327	61.9
»	527	42. 2
»	727	31.2
»	927	25.7
Silver	-73	403
»	0	428
»	127	420
»	327	405
»	527	389
»	727	374
»	927	358
Sodium	-73	138
«	0	135
С паяль0049
Steel — Carbon, 1% C	20	43
Steel — Carbon, 1.5% C	20	36
»	400	36
»	122	33
Steel — Chrome, 1% Cr	20	61
Steel — Chrome, 5% Cr	20	40
Steel — Chrome, 10% Кр	20	31
Steel — Chrome Nickel, 15% Cr, 10% Ni	20	19
Steel — Chrome Nickel, 20% Cr, 15% Ni	20	15. 1
Steel — Hastelloy B	20	10
Steel — Hastelloy C	21	8.7
Steel — Nickel, 10% Ni	20	26
Steel — Nickel, 20% Ni	20	19
Steel — Nickel, 40% Ni	20	10
Steel — Nickel, 60% Ni	20	19
Сталь — Никель Chrome, 80% Ni, 15% Ni	20	17
Сталь — Nickel Chrome, 40% Ni, 15% NI	20	11.6
— Manshise	— Manshise	— Man	— MANS	— MAN. , 1% Mn	20	50
Steel — Stainless, Type 304	20	14.4
Steel — Stainless, Type 347	20	14.3
Steel — Tungsten, 1% W	20	66
Steel — Wrought Carbon	0	59
Tantalum	-73	57. 5
»	0	57.4
»	127	57.8
»	327	58.9
»	527	59.4
»	727	60.2
»	927	61
Thorium	20	42
Tin	-73	73.3
»	0	68.2
»	127	62.2
Titanium	-73	24.5
»	0	22.4
»	127	20.4
»	327	19.4
»	527	19.7
»	727	20. 7
»	927	22
Tungsten	-73	197
»	0	182
»	127	162
»	327	139
»	527	128
»	727	121
»	927	115
Uranium	-73	25.1
»	0	27
»	127	29.6
»	327	34
»	527	38.8
»	727	43.9
»	927	49
Vanadium	-73	31. 5
»	0	31.3
»	427	32.1
»	327	34.2
»	527	36.3
»	727	38.6
»	927	41.2
Zinc	-73	123
»	0	122
»	127	116
»	327	105
Zirconium	— 73	25.2
»	0	23.2
»	127	21.6
»	327	20.7
»	527	21.6
»	727	23. 7
»	927	25.7

• Thermal Conductivity Online Converter

Alloys — Температура и теплопроводность

Температура и теплопроводность для 

• Hastelloy A
• Inconel
• Nichrome V
• Kovar
• Advance
• Monel

Сплавы:

Спонсируемые ссылки

Связанные темы

Связанные документы

Спонсированные Links

Engineering Pulaty Box — Skectup Extension — онлайн -модели.

Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, интересными и бесплатными приложениями SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!

Перевести

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложения на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Реклама в ToolBox

Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.

Citation

Эту страницу можно цитировать как

• Engineering ToolBox, (2005). Металлы, металлические элементы и сплавы. Теплопроводность . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-metals-d_858.html [дата доступа, мес. год].

Изменить дату доступа.

. .

close

Теплопроводность

Теплопроводность

49236 0,003 49236 7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777731313137н *Большинство из Юнга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и кремнезема из CRC Handbook of Chemistry and Physics. Обратите внимание, что 1 (кал/сек)/(см 2 Кл/см) = 419 Вт/м·К. Имея это в виду, два приведенных выше столбца не всегда совпадают. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными. Значение 0,02 Вт/мК для полиуретана можно принять за номинальную цифру, которая делает пенополиуретан одним из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру числового приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics. nist.gov/NewFiles/Polyurethan.html. Их расчет для заполненного фреоном полиуретана плотностью 1,99 фунт/фут 3 при 20°C дает теплопроводность 0,022 Вт/мК. Расчет для CO 2 наполненный полиуретан плотностью 2,00 фунт/фут 3 дает 0,035 Вт/мК. Материал Теплопроводность (кал/с)/(см 2 Кл/см) Теплопроводность (Вт/м·К)* Diamond … 1000 Silver 1.01 406.0 Copper 0. 99 385.0 Gold … 314 Brass … 109.0 Aluminum 0.50 205.0 Iron 0.163 79.5 Steel … 50.2 Lead 0.083 34.7 Mercury … 8.3 Ice 0.005 1.6 Glass,ordinary 0.0025 0. 8 Concrete 0.002 0.8 Water at 20° C 0.0014 0.6 Asbestos 0.0004 0.08 Snow (dry) 0.00026 … Fiberglass 0.00015 0.04 Brick,insulating … 0.15 Brick, red … 0.6 Cork board 0.00011 0.04 Wool felt 0.0001 0. 04 Rock wool … 0.04 Polystyrene (styrofoam) … 0.033 Polyurethane … 0.02 Wood 0.0001 0.12-0.04 Air at 0° C 0.000057 0.024 Helium (20°C) … 0.138 Водород (20 ° C) … 0,172 азот (20 ° C) … 848 … 14848 … 14848 . .. 14848 … 4848. … 0,0238 Силик аэрогель … 0,003 Обсуждение теплопроводности Температура Дебая и теплопроводность

Индекс Таблицы Справочник Юнг Глава 15.

Гиперфизика***** Термодинамика

Назад

Соотношение между теплопроводностью и электропроводностью металлов можно выразить соотношением: , которое можно назвать отношением Видемана-Франца или постоянной Лоренца. Metal k/sT (10 -8 WW/K 2 ) Cu 2. 23 Ag 2.31 Au 2,35 Zn 2,31 Cd 2.42 Sn 2.52 Mo 2.61 Pb 2.47 Pt 2.51 Обсуждение теплопроводности Закон Видемана-Франца	Индекс Столы Справочник Блат Раздел 13.2
Гиперфизика***** Термодинамика	Вернуться назад

Сравнение теплопроводности меди, алюминия и латуни — Сборник экспериментов

Номер эксперимента: 1769

• Цель эксперимента

  Цель этого эксперимента — использовать различную динамику термочувствительных пленок для визуализации теплопроводности в трех различных металлах.

• Теория

  См. теорию в уже описанном эксперименте: Теплопроводность пластика и металла I., Теория.

• Инструменты

  Термочувствительная пленка с диапазоном температур от 25°C до 30°C, три разные металлические пластины одинакового размера, емкость для горячей воды, чайник.

  • В пробном эксперименте используются медные, алюминиевые и латунные пластины одинаковых размеров; толщина пластин 0,3 мм. (Аналогичные металлические пластины можно приобрести в магазине дизайнерских инструментов). Таблица с теплопроводностями (при 25 °C) используемых металлов приведена ниже:

    металл	λ  / Вт·м −1 ·K −1
    медь	386
    алюминий	237
    латунь	120

  • Термочувствительную пленку можно найти в Интернете под названием двусторонняя температурная этикетка . На рисунке 1 показан инструмент, изготовленный специально для этого эксперимента для изучения различной теплопроводности металла — три разные металлические пластины частично покрыты термочувствительной пленкой, что свидетельствует о повышении температуры.

• Процедура

  Закрепите медный, алюминиевый и латунный лист параллельно друг другу (см., например, рис. 1) с помощью лабораторного стенда так, чтобы концы листов находились на несколько сантиметров выше стола (рис. 2). ). Подставьте под эти концы емкость и налейте в нее горячую воду так, чтобы она покрыла концы листов.

  Наблюдайте, как термочувствительные пленки меняют цвет. Температура, представленная цветом, зависит от типа пленки. Пленка, использованная в этом эксперименте, имеет черный цвет при температуре ниже 25 °C. При повышении температуры в интервале от 25°С до 30°С пленка постепенно меняет свой цвет с коричневого, зеленого и синего на темно-синий и, наконец, после превышения 30°С цвет снова меняется на черный.

  Целью такого изменения цвета этих пленок является не попытка точного измерения температуры в конкретной точке, а скорее указание и демонстрация распределения температуры поверхности.

• Пример результата

  Успешно проведенный эксперимент показан на видео ниже. Видео ускорено в 8 раз.

  Очевидно, что медный лист нагревается быстрее всего, за ним следуют алюминий и латунь.

• Технические примечания

  • Не наливать в емкость кипяток, использовать воду температурой 60 °C. При более высоких температурах образуется большое количество горячего пара, который течет вверх, что влияет на измерение с помощью термочувствительных пленок и делает его ненадежным.

  • Указанный выше эффект можно устранить, загнув нижние концы листов под прямым углом. Таким образом, более длинная часть измеряемых металлов может оставаться в горизонтальном положении.

  • Если вы проводите этот эксперимент летом, рекомендуется убедиться, что температура в классе ниже минимальной температуры, измеренной пленкой (здесь 25 °C). Если температура в классе выше, пленка меняет цвет на соответствующую температуру, делая результат менее заметным.

  • Нет необходимости использовать горячую воду для нагрева простыней. Однако всегда нужно следить за тем, чтобы простыни прогревались равномерно.

• Педагогические заметки

  • Описание развития этого эксперимента приводит учащихся к выводу, что «медь нагревается быстрее, чем алюминий» и т. д. Более подготовленные ученики могут сообразить, что мы уже обсуждали «готовность ” материи изменить температуру в разрезе удельная теплоемкость c вещества . Эта мысль верна и ее следует принять во внимание – готовность материи изменять свою температуру зависит как от удельной теплоемкости, так и от теплопроводности материи.

    Аргумент о том, что быстрый нагрев медного листа вызван его низкой теплоемкостью, легко опровергается приведенной ниже таблицей:

    металл	λ  / Вт·м −1 ·K −1	с  / Дж·кг −1 ·K −1
    медь	386	383
    алюминий	237	896
    латунь	120	384

    Следовательно, если бы решающим фактором была удельная теплоемкость металла, то поведение меди и латуни было бы почти одинаковым (имеют близкие значения c ), но это явно противоречит эксперименту.

    Если в классе есть действительно одаренные физики, то они могут возразить, что этот аргумент не совсем удовлетворительен – листы имеют разную плотность, а значит, и масса, влияющая на величину теплоты, необходимой для нагрева, тоже разная. К счастью, плотности меди и латуни достаточно близки, так что различное поведение этих двух веществ нельзя объяснить иначе, как на основании разной теплопроводности.

  • Эффект различной теплопроводности можно продемонстрировать не только при нагреве металлов, но и при их охлаждении. Дайте всем трем металлам прогреться, например, на радиаторе, пока термочувствительные пленки не станут темно-синими. Затем погрузите концы металлических листов в смесь воды и льда. Медь остывает быстрее всех, за ней следуют алюминий и латунь.

    При интерпретации продолжения эксперимента следует быть осторожным, чтобы не сложилось впечатление, что щиты «высасывают» холод изо льда – всегда необходимо интерпретировать понижение температуры как отвод тепла.

• Вариант проведения эксперимента

  Чтобы продемонстрировать разницу в теплопроводности трех металлов, можно поступить иначе. Положите листы меди, алюминия и латуни на стол и в середину каждого листа поместите кубик льда. Посмотрите, как быстро тают отдельные кубики (видео ускорено в 32 раза):

  Очевидно, что быстрее всего лед тает на медном листе, а медленнее всего — на латунном. Медь обладает высокой теплопроводностью и поэтому способна постоянно отдавать тепло от периферийных частей листа к месту, охлаждаемому кубиком льда. Эта способность значительно хуже у латунного листа.

  Преимуществом этого эксперимента является возможность обойтись без термочувствительных пленок. Недостатком является то, что это требует больше времени (примерно 15 минут).

Рекомендуемые значения теплопроводности алюминия различной чистоты в диапазоне температур от криогенных до комнатной и сравнение с медью

ScienceDirect

2904

Том 45, выпуск 9, сентябрь 2005 г. , страницы 626-636

температуры варьируются на много порядков в зависимости от чистоты и обработки, и в литературе мало информации о возможных значениях, которые можно получить для образцов данной чистоты. Подборка измерений из литературы была собрана и использована для определения рекомендуемых диапазонов значений для алюминия различной чистоты (4N, 5N и 6N) в нормальном (несверхпроводящем) состоянии. Количество прямых измерений теплопроводности слишком ограничено, чтобы их можно было использовать отдельно. Таким образом, измерения удельного электрического сопротивления также использовались путем преобразования в теплопроводность с использованием закона Видемана – Франца, который оказался верным. Поскольку низкотемпературные измерения можно легко экстраполировать на более высокие температуры, результаты охватывают диапазон от 1,2 К (температура перехода в сверхпроводящее состояние) до комнатной температуры. Значения для меди чистотой 5N также были исследованы аналогичным образом, чтобы можно было сравнить два материала. Основное применение этих результатов — проектирование криогенных тепловых звеньев; дано обсуждение преимуществ и недостатков обоих материалов для такого использования. Также кратко исследуется использование серебра. Также обсуждаются тенденции поведения проводимости алюминия в сверхпроводящем состоянии (до температур до 50 мК).

При комнатной температуре чистый алюминий является хорошим электрическим и тепловым проводником; единственными металлами с более высокой проводимостью являются медь, серебро и золото. Кроме того, алюминий обеспечивает самую высокую проводимость на единицу массы, что делает его привлекательным в таких ситуациях, как аэрокосмические приложения, где необходимо минимизировать массу.

Алюминий традиционно не использовался в качестве проводника тепла при низких температурах по двум основным причинам. Ниже 1,2 К [1] алюминий становится сверхпроводящим; сверхпроводники — отличные электрические проводники, но плохие теплопроводники. Также трудно обеспечить хороший тепловой контакт с алюминием из-за изолирующего оксидного слоя, который быстро образуется на голых алюминиевых поверхностях; влияние оксидного слоя намного больше при низких температурах, чем при комнатной температуре.

Медь обычно используется, когда требуется хороший низкотемпературный теплопроводник, поскольку она не страдает ни от одной из этих проблем. Кроме того, в отличие от алюминия, его можно с пользой использовать в чистом виде. Алюминий . Сплавы могут быть использованы конструктивно, но имеют гораздо худшую проводимость, чем чистый алюминий [2].

Однако алюминий использовался в специальных приложениях, таких как сверхпроводящие тепловые переключатели [3], [4], [5], [6], [7]. Были разработаны методы преодоления проблемы оксидного слоя, такие как золочение [7], [8] и различные виды сварки [3], [4], [5], [6]. Однако методы золочения не обязательно воспроизводимы [3] (известно, что алюминий трудно надежно покрыть), а сварка не всегда практична. Для больших криогенных приборов (например, Ref. [9]), масса тепловых звеньев может быть значительной. Минимизация массы особенно важна для растущего числа криогенных приборов, разрабатываемых для бортовых и космических сред. Поэтому алюминий иногда выбирают в качестве материала термоперемычки в таких приборах, чтобы уменьшить массу. Поскольку такие конструкции, как сосуды для гелия, в этих приборах часто изготавливаются из алюминиевых сплавов, дополнительное преимущество алюминиевых термосоединений состоит в том, что их можно легко приварить к алюминиевым сплавам.

Алюминий имеет преимущества перед медью, кроме меньшей плотности. Его легче получить в виде высокой чистоты (чистота 99,999%), деформация меньше влияет на проводимость, а отжиг (необходимый для наилучших тепловых характеристик) можно проводить на воздухе; медь обычно отжигают в вакууме или инертном газе для получения удовлетворительных результатов.

Принятие решения о том, использовать ли алюминий или медь в данной ситуации, затруднено из-за отсутствия полезных значений теплопроводности любого материала при низких температурах. При низких температурах тепло- и электропроводность чистых металлов изменяется на много порядков в зависимости от состояния (история наклепа и отжига) и химической чистоты.

Обычный совет заключается в том, что низкотемпературная теплопроводность данного куска алюминия или меди может быть определена только на основе измерений на образце. Хотя это единственный окончательный метод, он нецелесообразен на этапе проектирования прибора — на этом этапе необходимо иметь информацию о диапазонах значений, которые вероятны для рассматриваемых материалов.

Нередко решение принимается на основе измерений отдельных образцов меди и алюминия, сделанных непосредственно или полученных из литературы. Из-за больших различий, возможных между выборками, это может привести к серьезным ошибочным выводам.

Компиляции измерений низкотемпературной проводимости обычно представляют результаты для образцов различной чистоты без каких-либо попыток интерпретации. Там, где даны рекомендуемые значения, они соответствуют образцам с определенной, несколько произвольной проводимостью.

Целью данной статьи является предоставление информации о диапазоне значений проводимости, которые вероятны для алюминия различной чистоты и обработки. Поскольку измерения при низких температурах можно легко экстраполировать на более высокие температуры, результаты охватывают диапазон от низких до комнатной температуры. Значения для меди высокой чистоты также проверяются, чтобы провести сравнение между двумя материалами.

Фрагменты раздела

Количество описанных в литературе измерений низкотемпературной теплопроводности чистого алюминия довольно мало — слишком мало, чтобы их можно было использовать для определения вероятного диапазона значений для различных чистот.

Однако при достаточно низких температурах теплопроводность можно определить по удельному электрическому сопротивлению по закону Видемана–Франца [10]. Было показано, что это хорошее приближение для большинства чистых металлов [11]. Существует гораздо больше измерений удельного электрического сопротивления, чем

Теплопроводность металла κ связана с удельным электрическим сопротивлением ρ по закону Видемана–Франца [10]: κ=LTρ, где л – число Лоренца, Тл это температура. Ожидается, что при достаточно низких температурах л примет теоретическое значение л ₀ = 2,45 × 10 ^-8 Вт Ω K ^-2 .

В различных работах описываются измерения как теплопроводности, так и удельного электрического сопротивления образцов чистого алюминия при низких температурах. Эти результаты представлены на рис. 1. Где RRR был указан вместо остатка 9.0005

На рис. 2, рис. 3, рис. 4, рис. 5 приведены значения теплопроводности для образцов алюминия различной чистоты. При необходимости измерения были преобразованы в проводимость нормального состояния при 1 К путем экстраполяции с использованием Ref. [12] или по закону Видемана–Франца. Значения RRR, показанные на оси y каждого графика, рассчитаны при условии, что удельное сопротивление при комнатной температуре составляет 2,7 × 10 ⁻⁸ Ом·м [29]. По совпадению, значение RRR численно почти идентично теплопроводности при 1 К в единицах СИ.

Для

Температура сверхпроводящего перехода T _c для чистого алюминия составляет 1,2 К [1]. При понижении температуры ниже этого значения электронная теплопроводность быстро уменьшается, так как число электронов, не связанных в куперовские пары, уменьшается [72]. Электронная проводимость κ _el может быть представлена ​​эмпирическим уравнением [48]: κel=κ0expα1-TcT, где κ ₀ — проводимость при Тл _c и T — температура. Подгонки с использованием этого уравнения показаны на рис. 7; значение α  = 1,8 соответствует большинству данных

Как и в случае с алюминием, наиболее доступная чистота меди составляет 5N. Поэтому полезно сравнить вероятные значения проводимости для 5N алюминия и меди. Проводимость меди 5N исследовали так же, как описано выше для алюминия. Результаты показаны на рис. 8. Верхние пределы аналогичны, но значения для отожженной меди охватывают гораздо больший диапазон, чем для алюминия. Вероятно, это связано со значительным снижением проводимости, вызванным даже несколькими ppm9.0005

На рис. 9 приведены рекомендуемые значения теплопроводности полностью отожженного алюминия различной чистоты. Кривые построены путем принятия рекомендуемых значений нормального состояния при 1 K и применения уравнений из Ref. [12] для нормального состояния и уравнение. (2) для сверхпроводящего состояния. Калькулятор теплопроводности, использующий эти уравнения, можно найти во всемирной паутине [102]. Поскольку решеточная проводимость не зависит от чистоты, разные кривые для сверхпроводящего

Как и у большинства чистых металлов, теплопроводность алюминия при низких температурах изменяется на много порядков в зависимости от чистоты и термической обработки. Алюминий не подходит для тепловых соединений при температурах ниже 1,2 К, поскольку он является сверхпроводником. При более высоких температурах алюминий является альтернативой более распространенному выбору меди. Приведены рекомендуемые значения проводимости для различной чистоты как в сверхпроводящем, так и в нормальном состоянии.

Для меди и

Я хотел бы поблагодарить доктора Дж. Э. Боуи за полезные предложения, которые позволили улучшить эту статью, а также сотрудников библиотеки Тревитика за то, что они охотно организовали большое количество межбиблиотечных абонементов и отыскали некоторые малоизвестные ссылки.

Ссылки (102)

• В.В. Дмитриев и др.
  

  Стадия простого ядерного размагничивания

  J Low Temp Phys

  (1998)

• F.R. Fickett
  

  Электрические и магнитные свойства внутренне окисленной меди и разбавленных медно-железных сплавов

  J Phys F: Metal Phys

  (1982)

• G.J. Энхольм и др.
  

  ЯМР-исследования ядерного упорядочения в металлической меди с температурой ниже 1 мкК Benz

  Магнитосопротивление меди при 4,2 градуса К в поперечных полях до 100 кГс (относительно составных сверхпроводников)

  J Appl Phys

  (1969)

• R.L. Dolecek et al.
  

  Остаточное сопротивление меди, отожженной в атмосфере O

  ₂

  Acta Metall

  (1960)

• K. Mimura et al.
  

  Точная оценка чистоты высокочистой меди по коэффициенту остаточного удельного сопротивления

  Mater Trans, JIM

  (1997)

• W. A. Приложение Phys

  (1978)

• Э.Н. Смит и др.
  

  Новая ступень размагничивания меди Cornell

  J Low Temp Phys

  (1995)

• S.S. Rosenblum et al.
  

  Простой метод производства меди с высокой проводимостью для применения при низких температурах

  Криогеника

  (1977)

• K. Gloos et al.
  

  Холодильник ядерного размагничивания Bayreuth

  J Low Temp Phys

  (1988)

Х. Мисиорек и др.

Влияние пластической деформации на максимум теплопроводности меди и алюминия в диапазоне температур от 4,2 до 70 К

Phys Status Solidi A

(1978)

P. Skyba et al.

Холодильник ядерного размагничивания Košice

Криогеника

(1997)

R.B. Roberts et al.

ТермоЭДС и теплопроводность. Интегральный метод — алюминий

Phil Mag

(1977)

P. Kim et al.

Некоторые характеристики высокоочищенного алюминия

Phys Status Solidi A

(2002)

Sharma

Теплопроводность ниже 1 °K. I

Криогеника

(1967)

K. Gloos и др.

Теплопроводность обычных и сверхпроводящих металлов

Криогеника

(1990)

T. Shigematsu et al.

Обработка поверхности алюминиевого термовыключателя

Н.С. Lawson

Простой тепловой выключатель для использования при температурах в милликельвинах

Криогеника

(1982)

R.W. Willekers et al.

Сварка ударом: превосходный метод получения соединений с высокой теплопроводностью между металлами при очень низких температурах

Cryogenics

(1989)

А.Л. лабораторная техника

(1973)

А.С. Боровик-Романов и др.

Криостат для ядерного размагничивания и

³ Не– ⁴ Холодильник для разведения He

Jap J App Phys Supp

(1987)

W. Yao et al.

Универсальный криостат ядерного размагничивания для исследований сверхнизких температур

J Low Temp Phys

(2000)

Мюллер и др.

Термовыключатель из сверхпроводящего алюминия и пресс-контакты с гальваническим покрытием для использования при сверхнизких температурах Тепловой расчет предметного столика и корпуса приборного детектора SCUBA-2….

Дж.Г. Хуст и др.

Коэффициент Лоренца как инструмент для прогнозирования теплопроводности металлов и сплавов

Mater Res Stand

(1971)

G.S. Kumar et al.

Экспериментальные определения числа Лоренца

J Mater Sci

(1993)

Hust JG, Lankford AB. Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама для температур от 1К до…

S.G. O’Hara и др.

Электронная теплопроводность деформированного алюминия ниже 1 К

Phys Status Solidi B

(1975)

H. Misiorek et al.

Влияние нейтронного облучения на теплопроводность алюминия в диапазоне 5–50 К Зайтлин

и др.

Теплопроводность серебра и алюминия в диапазоне температур 2–5 К

J Low Temp Phys

(1972)

Y.Z. Хоу и др.

Термическое и электрическое сопротивление алюминия ниже 4,2 К

J Phys Condens Matter

(1993)

F.A. Andrews et al.

Теплопроводность чистых металлов при низких температурах. I. Aluminium

Phys Rev

(1951)

E.W. Fenton et al.

Числа Лоренца чистого алюминия, серебра и золота при низких температурах

Can J Phys

(1963)

C.Y. Хо и др.

Теплопроводность элементов

J Phys Chem Ref Data

(1974)

J.C. Garland et al.

Низкотемпературные электрические и теплофизические свойства чистого алюминия

J Phys F Metal Phys

(1978)

P. Seeberg et al.

Теплопроводность чистого алюминия при низких температурах

Physica Norvegica

(1967)

T. Amundsen et al.

Отношение Видемана–Франца для алюминия при гелиевых температурах Сирота

и др.

Теплопроводность алюминия в сильных магнитных полях при низких температурах

ЖЭТФ Пис Ред

(1972)

Trans JETP Lett (США)

(1972)

Дж. П. Иган и др.

Измерение удельного электрического сопротивления и теплопроводности алюминия высокой чистоты в магнитных полях

В.И. Гостищев и др.

Теплопроводность алюминия в сильных поперечных магнитных полях

FIS METALL I Metalloed

(1975)

Trans Phys Met Metalogra

(1975)

4. J.2242

(1975).0007 T  = 273,2 K

М.К. Абдельсалам и др.

Характеристика алюминиевого материала высокой чистоты для использования в качестве стабилизатора проводника SMES 60 кА

S. Sahling et al.

Тепловое граничное сопротивление между монокристаллами сапфира и алюминия при низкой температуре

J Low Temp Phys

(1981)

А.О. Федотов и др.

Непригодность закона Видемана–Франца для описания зависимости между теплопроводностью и электропроводностью пластически деформированных кристаллов

Сов физ твердого тела

(1981)

А.О. Федотов и др.

Влияние пластической деформации на теплопроводность образцов чистой меди и серебра.

Неупругое рассеяние в теплотранспортных свойствах деформированных монокристаллов меди

J Low Temp Phys

(1990)

Х. Мисиорек и др.

Функция Лоренца для алюминия различной химической чистоты, нейтронного облучения или пластически деформированного

Удельное электрическое сопротивление серебра, меди, алюминия и цинка в зависимости от чистоты в диапазоне 4–298 °K

Криогеника

(1966)

• Новая установка для исследования конденсированных сред диапазоны от дальнего ИК до ТГц при температурах ниже Кельвина на линии луча AILES в SOLEIL

  2020, Инфракрасная физика и технология

  Описана новая спектроскопическая установка, предназначенная для оптических исследований материалов в субкельвиновом диапазоне температур, доступная на линии луча AILES синхротрона SOLEIL. Этот ансамбль, основанный на адиабатическом холодильнике размагничивания, был разработан для спектроскопии в дальнем инфракрасном и терагерцовом диапазонах. Комбинация криогенной установки с синхротронным излучением позволяет измерять коэффициенты отражения и пропускания до 95 мК и 144 мК соответственно с воспроизводимостью лучше 0,5%.

• Интенсивный непрерывный источник холодных атомов

  2022, arXiv

• Очень простая процедура построения решения нелинейных эллиптических уравнений в частных производных (с нелинейными граничными условиями), возникающих из задач теплопередачи в твердых телах 2224 Axioms 9224, 9224

• Рупорные решетки SiAl из композитного материала для астрофизических приложений: свойства криогенного материала

  2022, Обзор научных инструментов

• Точная формула для расчета общего теплового потока, передаваемого бесконечным цилиндрическим плавником

  2022, Латинские америки. 2021, Quantum Science and Technology

Посмотреть все цитирующие статьи в Scopus

• Исследовательская статья

  Морфология и температурно-зависимые свойства алмазных нанонитей при растяжении

  Carbon, Volume 107, 2016, pp. 304-309

  Ультратонкие одномерные алмазные нанонити (NTH) sp ³ , недавно успешно синтезированные, значительно повысили интерес углеродного сообщества. В принципе могут существовать различные стабильные структуры NTH. В этой работе мы изучили механическое поведение трех репрезентативных NTH с использованием моделирования молекулярной динамики. Обнаружено, что механические свойства NTH могут значительно различаться из-за различий в морфологии, которые, как полагают, происходят из-за различного распределения напряжений, определяемого его структурой. Дальнейшие исследования показали, что температура оказывает существенное влияние на механические свойства НТГ. В частности, прочность/деформация при разрушении уменьшается с повышением температуры, а эффективный модуль Юнга не зависит от температуры. Заметное снижение прочности/деформации при разрушении, как полагают, является результатом усиленного процесса перераспределения связей и свободной поперечной вибрации при высоких температурах. Кроме того, обнаружено, что NTH обладает относительно высокой жесткостью на изгиб и ведет себя скорее как гибкий упругий стержень. Это исследование подчеркивает важность связи структура-свойство и обеспечивает фундаментальное понимание поведения при растяжении различных NTH, что должно пролить свет на конструкцию, а также применение наноструктур на основе NTH в качестве датчиков деформации и механических соединителей.

• Исследовательская статья

  Эпоксидная капсула термометра Cernox™ SD для измерения температуры поверхностей в жидком гелии

  Криогеника, том 77, 2016 г., стр. 49-52 термометр с пакетом SD из эпоксидной смолы Stycast. Заливка адаптирует термометр для измерения температуры поверхности, погруженной в жидкий гелий (LHe) и другие криогены. Этот метод термически изолирует чип датчика от криогенного вещества, сохраняя при этом возможность поверхностного монтажа корпуса SD. Заливка привела к сдвигу сопротивления <1%, сдвигу калибровки <0,5% при 4,2 К и 77 К и обеспечила повторяемость измерений во время тепловых циклов между комнатной температурой и 4,2 К.

• Исследовательская статья

  Газопроницаемость трехмерных сшитых углерод/эпоксидных композитов для криогенных применений

  Композиты Часть B: Engineering, Volume 216, 2021, Article 108847 улучшают межслойные свойства композитов с полимерной матрицей (ПМК) и производят легкие унифицированные конструкции для криогенных резервуаров. Чтобы в полной мере использовать сшитые композитные конструкции для этих приложений, необходимо понимать присущие им проблемы с газопроницаемостью. Поэтому исследуется влияние криогенного циклирования на газопроницаемость трехмерных сшитых ПМК. Сшитые и несшитые углеродно-эпоксидные композиты со стандартным модулем (237 ГПа) и промежуточным модулем (290 ГПа) углеродные волокна подвергли термическому циклированию, и газопроницаемость гелия была измерена при выбранных криогенных циклах. Результаты показывают, что сшивание увеличивает газопроницаемость в PMC, при этом сшитые композиты со стандартным модулем имеют примерно вдвое большую проницаемость, чем сшитые образцы со средним модулем. Изображения оптической микроскопии показывают, что трещины развиваются в областях, богатых смолой, вокруг швов. Эти внутренние трещины вызывают увеличение плотности микротрещин в середине пролета, что приводит к увеличению проницаемости сшитых композитов.

• Научная статья

  Влияние температуры на эффективную теплопроводность наножидкостей на основе н-тетрадекана, содержащих наночастицы меди

  Particuology, Volume 22, 2015, pp. ~20 нм) в н-тетрадекане двухстадийным методом. Эффективную теплопроводность измеряли для различных объемных долей наночастиц (0,0001–0,02) и температур (306,22–452,66 К). Экспериментальные данные хорошо согласуются с моделью Джанга и Чой. Повышение теплопроводности было ниже выше 391,06 К, чем между 306,22 и 360,77 К. Межфазное тепловое сопротивление увеличивалось с повышением температуры. Эффективное повышение теплопроводности было больше, чем при использовании более вязкой жидкости в качестве базовой среды при 452,66 К из-за наноконвекции, вызванной броуновским движением наночастиц при высокой температуре.

• Исследовательская статья

  Спеченный TiO

  ₂ порошок, содержащий металлическое кобальтовое связующее, полученное путем механической карбонизации, и его механические свойства

  Ceramics International, Volume 44, Issue 12, 2018, pp. 14044-14052

  A TiO ₂ -Co-композитный порошок был приготовлен путем карбонизации и селективного окисления сплава Ti-Co. Традиционно смешанный композиционный порошок TiO ₂ -Co-c и чистый TiO ₂ спекали при 1100, 1200, 1300, 1400°C соответственно. Структурную характеристику проводили с помощью рентгеновской дифракции, электронной микроскопии рассеяния с полевой эмиссией (FE-SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM). Спеченные образцы были более уплотнены, а склеивание расплавом происходило при температуре выше 1300°С. Прочность на изгиб и вязкость разрушения TiO ₂ -Co-a были выше, чем у TiO ₂ и TiO ₂ -Co-c, спеченных при температуре выше 1300°C, а твердость по Виккерсу TiO ₂ -Co-a была самая низкая из всех температур спекания. Спеченный образец TiO ₂ -Co-a был более пластичным и упрочненным, чем образец TiO ₂ -Co-c с добавлением металлического кобальтового связующего за счет механического перемешивания. Улучшенные механические свойства образца TiO ₂ -Co-a были обусловлены тонкой дисперсией связующего металлического Co, смоченного TiO ₂ матрица.

• Исследовательская статья

  Результаты испытаний криоцепи ATHENA X-IFU 300 K–50 мК

  Криогеника, том 112, 2020 г., статья 103144

  , в 2016 году была начата основная технологическая программа ЕКА (CTP) для создания летного криостата-демонстратора параллельно с исследованиями фазы А прибора ATHENA/X-IFU. В рамках этой CTP, называемой системой охлаждения детектора (DCS), будут выполнены проектирование, изготовление и испытание криостата, включая существующие космические охладители. В дополнение к проверке тепловых характеристик будет также интегрирован демонстрационный модуль Focal Plan Assembly (FPA) с использованием детекторной технологии Transition Edge Sensors (TES), и его характеристики будут охарактеризованы в сравнении с окружающей средой, обеспечиваемой криостатом. Это уникальная возможность проверить многие важные вопросы криогенной части такого чувствительного прибора.

  Специальным мероприятием в рамках этой CTP-DCS является демонстрация охлаждающей цепи 300–50 мК в криостате оборудования наземной системы (GSE). Исследования сосредоточены на работе космических охладителей, что стало возможным благодаря использованию наземного охладителя для охлаждения криогенных экранов и механических опор.

  Эта программа испытаний также дает возможность проверить работу криоцепи в отношении различных требований, таких как постоянная времени и температурная стабильность. Это принесет нам ценный вклад в интеграцию криоцепи в криостат DCS, исследования X-IFU, миссии SPICA и LiteBIRD.

  Этот документ посвящен работе полной криоцепи 300–50 мК. В частности, описаны варианты переработки субкельвинового охладителя (сорбционный охладитель + ADR) по сравнению с охладителями 4 K и 2 K JT. Подведены итоги кампании по валидации параметров JT, и, в конечном итоге, будут представлены и обсуждены результаты комбинированного теста с охладителем до температуры ниже Кельвина.

Просмотр полного текста

Авторские права © 2005 г. Опубликовано Elsevier Ltd.

Выбор материалов для конструкции теплообменника: алюминий или медь – материалы и технические ресурсы

От рекуперации тепла до воздушных змеевиков и охлаждения до электростанций выбор правильного материала для теплообменников — особенно в отношении тепловых качеств, устойчивости к провисанию во время пайки и коррозионной стойкости — является ключевым.

Знаете ли вы, что лучший пример теплообмена в мире природы так же очевиден, как нос на вашем лице? Ну, технически это нос на вашем лице, который согревает вдыхаемый воздух и охлаждает выдыхаемый. Но конструкция теплообменника зависит не только от интуитивного понимания биологии.

Требуется тщательное рассмотрение рабочей среды , применения и, что особенно важно, свойств используемых материалов.

К счастью, выбор материалов становится проще, когда вы оцениваете окружающую среду и область применения. Если теплообменник будет эксплуатироваться на открытом воздухе или на перерабатывающем предприятии с коррозионно-активными средами, тогда необходимо будет использовать с высокой коррозионной стойкостью .

 

Как работает кожухотрубный теплообменник?

Аналогичным образом, инженеры-проектировщики должны учитывать, какая жидкость будет проходить через теплообменник, и соответственно выбирать материалы.

Например, может быть критически важным, чтобы вещество оставалось чистым при прохождении через стандартный кожухотрубный теплообменник в фармацевтическом производстве. В такой среде трубки должны быть сделаны из инертного материала, возможно, даже нетрадиционного, неметаллического, например, из стекла.

Как правило, для теплообменников чаще всего выбирают два материала: алюминий и медь . Оба металла обладают оптимальными термическими свойствами и коррозионной стойкостью, что делает их идеальным выбором, причем большинство различий зависит от области применения.

Медь для теплообменников

Типичная теплопроводность обычной чистой меди составляет 386,00 Вт/(м·K) при 20°C. Это делает медь наиболее теплопроводным из распространенных металлов, что наряду с ее относительно низкой удельной теплоемкостью — примерно 0,385 Дж/(г·°C) — обуславливает ее популярность в теплообменниках9.0005

Эти характеристики влекут за собой немного завышенную цену. Большинство инженеров-конструкторов и проектировщиков продуктов считают это одним из важнейших факторов, решающих выбор между медью и алюминием для небольших проектов.

Однако при использовании меди необходимо учитывать несколько практических соображений. Например, плотность материала может означать, что он не подходит для определенных применений, требующих легкого теплообменника.

Медные трубы для теплообменников.

Кроме того, медь имеет меньшую гибкость, чем алюминий , что затрудняет формирование определенных форм. Из-за этого инженеры-конструкторы, работающие над пластинчато-ребристым теплообменником, который представляет собой тип теплообменника, в котором используются пластины и ребристые камеры для передачи тепла между жидкостями, могут обнаружить, что алюминий лучше подходит для ребер.

Кроме того, важно, чтобы медные трубы соединялись с помощью пайки, а не пайки, так как последняя, ​​как известно, создает скопление вещества в местах соединения. Это означает, что инженеры-конструкторы также должен быть источником меди с хорошей устойчивостью к провисанию , чтобы уменьшить деформацию во время пайки.

 

Пластинчатый теплообменник SWEP (ППТО) является одним из наиболее эффективных способов передачи тепла от одной среды к другой.

Существуют также некоторые соображения относительно долговременной коррозии меди. По мере старения материала на нем может образовываться зеленовато-желтая патина — тонкий слой патины, образующийся в результате окисления с течением времени, что придает материалу зеленый оттенок.

Это та же самая химическая реакция, которая сделала статую свободы культовым зеленым цветом, которым она является сегодня. Этот процесс обычно занимает 15 или более лет, в зависимости от того, как хранится материал и его окружающая среда.

Конечно, нет никакой гарантии, что изменение внешнего цвета теплообменника будет воспринято так же хорошо, как зеленая статуя свободы, поэтому дизайнеры продуктов могут выбрать альтернативу меди, чтобы придать другой эстетический вид. В любом случае патина является диэлектрической и может привести к снижению теплопроводности по мере ее накопления.

На самом деле, хотя коррозионная стойкость не является естественным свойством меди, Lebronze Alloys, ведущий французский производитель высококачественных материалов, работал над составами сплавов, которые обеспечивают 9Медь 2903 с хорошей стойкостью к окислению даже при воздействии морской воды.

Несмотря на эти факторы, теплопроводность меди, возможно, компенсирует затраты на техническое обслуживание за счет ее эффективной теплопередачи. В некоторых случаях высокая сравнительная теплопроводность меди означает, что медная трубка может проводить тепло так же эффективно, как две алюминиевые трубы.

Алюминий для теплообменников

Для инженеров-конструкторов, которым требуется более легкий, термически эффективный материал или которые работают в условиях ограниченного бюджета, алюминий является лучшим кандидатом.

Имея теплопроводность 237 Вт/(м·К) для чистого алюминия или ~160 Вт/(м·К) для большинства сплавов, алюминий является третьим по теплопроводности материалом и, возможно, самым экономически эффективным. Алюминий также имеет удельную теплоемкость 0,44 Дж/(г·°C), что делает его почти таким же эффективным в рассеивании тепла, как и медь.

Алюминий также намного легче и гибче , чем медь, что решает многие практические проблемы, с которыми инженеры могут столкнуться при использовании меди. Он гораздо более податлив, поэтому инженеры, разрабатывающие пластинчато-ребристый теплообменник для газовой печи, обнаружат, что он лучше подходит для тонкостей ребер.

Металлическая пластина в теплообменном аппарате и насосе на предприятии пищевой промышленности.

Однако алюминий обычно имеет более низкую устойчивость к прогибу , чем медь, что делает его более склонным к деформации в процессе пайки и после повторяющихся циклов нагрева.

К счастью, этому можно противодействовать, выбрав алюминиевый сплав, который был специально разработан, чтобы приблизить свойства металла к свойствам меди без значительного увеличения цены.

Например, поставщик металла Gränges предлагает алюминиевый сплав FA6825 h24SR, который подходит для теплообменников в энергетике. Этот сплав обогащен такими элементами, как цинк и марганец, чтобы придать сплаву более высокую прочность на растяжение после пайки. Во время процесса металл образует крупные зерна, которые улучшают его характеристики провисания.

Характеристики алюминия и меди очень близки с точки зрения пригодности для теплообменников, при этом ключевым решающим фактором, в конечном счете, являются практические требования применения.

Хотя решение может быть не столь очевидным, как нос на вашем лице, инженеры-конструкторы могут упростить его, зная свойства используемых материалов.

Знаете ли вы? Вы можете исследовать сотни различных материалов, подходящих для использования в теплообменниках, на Matmatch. Вы также можете найти материалы, подходящие специально для теплообменников в энергетике.

электропроводность, теплопроводность, плотность, температура плавления

ссылки на другие графики здесь под номером

• Коэффициент теплового расширения
• металлическое волокно температура плавления

Сравнительная таблица электрической и теплопроводности

ссылки на токопроводящие изделия TIBTECH

• Изолированные нагревательные нити Thermotech
• Неизолированные нагревательные или резистивные нити
• Гибкие нагревательные конструкции от TIBTECH

Таблица свойств проводящих материалов, металлов и нержавеющих сталей:

Электропроводность и удельное сопротивление, теплопроводность, величина теплового расширения, плотность и температура плавления.

	Электропроводность (10,6 Сименс/м)	Удельное электрическое сопротивление (10.Е-8 Ом.м)	Теплопроводность (Вт/м·К)	Коэффициент теплового расширения 10E-6(K-1) от 0 до 100°C	Плотность (г/см3)	Температура плавления или разрушения (°C)
Серебро	62,1	1,6	420	19,1	10,5	961
Медь	E6 Siemens/m)»> 58,7	1,7	386	17	8,9	1083
Золото	44,2	2,3	317	14,1	19,4	1064
Алюминий	E6 Siemens/m)»> 36,9	2,7	237	23,5	2,7	660
Молибден	18,7	5,34	138	4,8	10,2	2623
Цинк	E6 Siemens/m)»> 16,6	6,0	116	31	7,1	419
Литий	10,8	9,3	84,7	56	0,54	181
Латунь	E6 Siemens/m)»> 15,9	6,3	150	20	8,5	900
Никель	14,3	7,0	91	13,3	8,8	1455
Сталь	E6 Siemens/m)»> 10,1	9,9	80	12,1	7,9	1528
Палладий	9,5	10,5	72	11	12	1555
Платина	E6 Siemens/m)»> 9,3	10,8	107	9	21,4	1772
Вольфрам	8,9	11,2	174	4,5	19,3	3422
Олово	E6 Siemens/m)»> 8,7	11,5	67	23,5	7,3	232
Бронза 67Cu33Sn	7,4	13,5	85	17	8,8	1040
Углеродистая сталь	E6 Siemens/m)»> 5,9	16,9	54	12	7,7	1400
Карбон	5,9	16,9	129	0,2	1,8	2500
Свинец	E6 Siemens/m)»> 4,7	21,3	35	29	11,3	327
Титан	2,4	41,7	21	8,9	4,5	1668
Нержавеющая сталь 316L EN1. 4404	1,32	76,0	15	16,5	7,9	1535
Нержавеющая сталь 304 EN1.4301	1,37	73,0	16,3	16,5	7,9	1450
Нержавеющая сталь 310 EN1. 4841	1,28	78	14,2	17	7,75	2650
Меркурий	1,1	90,9	8	61	13,5	-39
FeCrAl	E6 Siemens/m)»> 0,74	134	16	11,1	7,2	+-1440

Теплопроводность

Представляет собой тепло, передаваемое на единицу площади в секунду при применении определенного температурного градиента.

Единицей измерения является Ватт на метр на Кельвин: W.M-1.K-1.

Электропроводность

Обратная величина удельного электрического сопротивления.

Проводимость – это способность пропускать электрический ток. Это обратная величина сопротивления.