Теплопроводность стекла и меди: Теплопроводность меди – как влияет на свойства меди? + Видео
Содержание
Коэффициенты теплопроводности различных материалов
Каталог
Поддержка
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ru/images/bg-5.gif»>12 различных интересных фактов, которые вас удивят
1. Теплопроводность стекла настолько мала, что вы можете взять стеклянную палочку, раскаленную посередине, за концы, и при этом даже не почувствовать тепла. Однако интересно то, что материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-либо металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который так похож на стекло — алмаз. Теплопроводность алмаза почти в 6 раз больше чем у серебра или меди. Поэтому, если кто-нибудь сделает чайную ложечку из алмаза, вы не сможете ей воспользоваться, потому что будете обжигать пальцы в ту же секунду, как опустите ложечку в горячий чай.
2. Остров Манхэттен (США) был куплен в 1626 году Питером Минуитом у местных индейцев за сумму, примерно равную 25 долларов. В настоящее время совокупная стоимость острова исчисляется миллионами долларов. Однако, если бы Питер вложил свои 25 долларов в банк под 7% годовых, то в настоящее время он бы получил 3.
6 триллионов долларов США, что существенно больше нынешней стоимости острова со всеми сооружениями на нем. Вот к чему приводит принятие однажды неправильного решения. Мотайте на ус, пригодится при покупке острова 🙂
3. Поскольку европейские рыбаки долго не могли поймать никого, напоминающего молодого угря, жизненный цикл этого существа был покрыт тайной в течение долгого времени. Так продолжалось до 1922 года, когда датский профессор обнаружил, что угри, обитающие в Европе, на самом деле рождаются в Саргассовом море, и затем осуществляют долгое путешествие вместе с водами Гольфстрима через океан. И только спустя три года достигают Англии. Ещё один факт: кровь угря чрезвычайно токсична, однако токсины разрушаются в процессе приготовления угря. Именно поэтому вы никогда не найдете суши, сделанные из сырого угря.
4. Прежде, чем США приступили к строительству Панамского канала, было потрачено более двух с половиной миллионов галлонов керосина, при проведении подготовительных работ.
Однако этот керосин не был использован для каких-либо машин. Его использовали для распыления по болотам в районе будущей стройки с целью уничтожения москитов Aedes Aegypti и малярийных комаров, переносчиков желтой лихорадки и малярии. Смертность от желтой лихорадки и малярии были основными причинами провала французских строителей, которые предприняли первую попытку строительства канала.
5. Вы знаете сколько цветов в радуге? Оказывается, вариант ответа зависит от страны проживания. Жители Китая считают, что в радуге пять цветов. Для жителей США типичным ответом будет шесть цветов, в то время как жители России насчитывают их семь.
6. Самая высокая гора на Земле вовсе не Эверест, как принято считать. Если измерять высоту от земной коры до вершины, то гора Мауна-Кеа является самой высокой на Земле. Ее полная высота от земной коры до вершины составляет более десяти километров. Однако только 4245 метров находятся над поверхностью моря.
7. Мы часто видим викингов, изображенных в шлемах с рогами.
Тем не менее, это большое заблуждение, причиной которому послужила одна из художественных школ, основанная в 1811 году с Стокгольме. Целью этой школы было популяризация скандинавской мифологии. Именно они начали изображать викингов в шлемах с рогами, однако нет никаких исторических подтверждений, что древние скандинавские воины носили подобные шлемы. Хочется так же отметить один забавный факт — перед атакой для смелости и как обезболивающее, они пили отвар мухоморов. Это приводило к тому, что после бойни их прошибал недетский понос. Причем все эти засранцы были рыжие и с бородами.
8. Все циклоны, зародившиеся в северном полушарии, вращаются против часовой стрелки, в то время как циклоны, зародившиеся в южном полушарии вращаются по часовой стрелке. Это является прямым следствием эффекта Кориолиса. А что происходит, когда циклон пересекает экватор? Ответ: циклоны никогда не пересекают экватор, обычно они рождаются вблизи экватора, а затем двигаются по направлению к одному из полюсов.
9. Вы наверняка знаете, что Солнце над горизонтом выглядит значительно больше, чем в зените. Многие люди думают, что это атмосферный оптический эффект. На самом деле размер Солнца не меняется в течение дня, это иллюзия, основанная на факте, что любой объект выглядит больше рядом с прямой линией, нежели в пустом пространстве.
10. Фрэнсис Дрейк открыл пролив Дрейка, промахнувшись мимо Магелланова пролива.
11. В начале XVII века ложка удлинилась в несколько раз: ей пришлось приспособиться к моде на сильно выступающие вперед жабо. А в конце XVII века появились ложки для супа, на конце у которых были особого рода щитки: во время еды с их помощью отодвигали бороду от губ.
12. Вилку в Россию впервые привез Лжедмитрий I из Польши в начале XVII века. Ее демонстративное использование во время пиршества в Грановитой палате по случаю бракосочетания Лжедмитрия с Мариной Мнишек вызвало взрыв возмущения боярства и послужило поводом к заговору Шуйского. Вилка сыграла решающую роль в организации восстания, поскольку убедительно доказывала простому народу нерусское происхождение Лжедмитрия (русским инструментом считалась только ложка).
Tags: интересные факты
Изоляторы из стекла, фарфора, полимера: преимущества и недостатки
Основные материалы, используемые для производства изоляторов это: фарфор, стекло и полимеры. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого материала для изоляторов.
Сравнение материалов для производства изоляторов
Фарфоровые изоляторы
Фарфор изготавливается из всосококачественной белой глины, называемой каолином. Фарфор имеет наивысшую прочность среди традиционных материалов изоляторов. Наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие. Материал изолятора устойчив ко всем, кроме плавиковой кислоты, агрессивным химическим выбросам промышленных предприятий. Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Для контроля состояния изоляторов при процессах изготовления и эксплуатации достаточно достоверных и эффективных методик.
Преимущества фарфоровых изоляторов
- Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
- Не деформируются,
- Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
- Нулевая водопроницаемость,
- Негорючесть,
- Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора.
Недостатки фарфоровых изоляторов
- Значительный вес,
- Высокая хрупкость, высокая вероятность повреждения при упаковке, перевозке и хранении.
Керамические изоляторы
Керамика дешевле в производстве, чем фарфор. Керамические изоляторы, в отличие от фарфоровых, производятся не из белой глины каолин, а из красной, коричневой или белой пористой глины. Если керамика глазурована, то глазурь запекается только в верхнем слое. Несмотря на то, что керамические изоляторы очень твёрдые, они могут стать хрупкими в экстремально холодную погоду и легко ломаться.
Достоинства и недостаки керамических изоляторов в целом сходны с фарфоровыми при меньшей стоимости.
Стеклянные изоляторы
Изоляторы из закаленного стекла постепенно вытесняют фарфоровые изоляторы. Стекло по механической прочности не уступает фарфору и лучше работает на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергаются закалке: нагреваются до температуры примерно 700 °C и затем обдуваются холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла твердеют значительно раньше внутренних, поэтому при последующей усадке внутренних слоев в толще стекла образуются растягивающие усилия. Такая предварительно напряженная конструкция имеет высокую прочность на сжатие. Электрическая прочность стекла в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 45 кВ/мм.
Преимущества стеклянных изоляторов:
- Любое повреждение легко определяется визуально, не требуются периодические проверки под напряжением,
- Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации,
- Не деформируются,
- Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
- Обладают нулевой водопроницаемостью,
- Не горючи,
- Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора
Недостатки стеклянных изоляторов:
- Значительный вес,
- Высокая хрупкость,
- Высокая энергоемкость при производстве электротехнического стекла.
Полимерные изоляторы
Полимеры – продукт органической химии. Химические и физические свойства полимеров непрерывно изменяются, что вызвано непрекращающимся химическим процессом, продолжающимся до полного распада полимеров на мономеры. Из-за старения полимера и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность. Ультрафиолетовое излучение и солнечная радиация ускоряет старение полимера. Материал подвержен влиянию практически всех выбросов металлургических и химических производств, является водопроницаемым и пожароопасным. Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоалифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта.
Преимущества полимерных изоляторов:
- Более устойчивы к актам вандализма,
- Высокая механическая прочность,
- Высокая стойкость к перенапряжению,
- Устойчивость к атмосферным загрязнениям,
- Простота и удобство монтажа,
- Низкий вес.
Недостатки полимерных изоляторов:
- При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность,
- Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации,
- На поверхности изолятора из-за электрических разрядов возможно появление треков и, как следствие, эрозия.
- Водопроницаемы,
- Пожароопасны,
- Подвержены воздействию выбросов металлургических и химических производств,
- Не рекомендуется применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более,
- Высокий риск пробоев при разгерметизации.
Полимерные изоляторы НТЦ Энерго-Ресурс производятся из эпоксидного компаунда ЭД20 по самой современной технологии эпоксидного формования с вакуумной подготовкой, литьем под давлением подогретого компаунда в полированную форму и имеют неоспоримые преимущества по-сравнению с полимерными изоляторами других типов:
Эпоксидные VS Фенопластовые
Фенопласты — это термореактивные полимеры на основе фенолоформальдегидных смол, они имеют высокие физико-механические свойства — прочность, коррозионностойкость, отличную электроизоляционность.
Несколько десятилетий назад это был один из самых популярных типов полимеров.
Преимущества фенопластовых изоляторов:
- Низкая стомость,
- Небольшой удельный вес,
- Высокая механическая прочность,
- Низкая теплопроводность,
- Возможность окрашивания.
Недостатки фенопластовых изоляторов:
- В процессе призводства изоляторов внутри них могут образовываться полости, в которых конденсируется влага,
- Малая адгезия к металлам — металлические закладные могут прокручиваться и разрушать изолятор,
- Высокая хрупкость.
Эпоксидные изоляторы по-сравнению с фенопластовыми обладают повышенной адгезией к металлам – гайка не выпадает и не прокручивается, при монтаже их можно закручивать с необходимым усилием.
Эпоксидные VS Полиамидные
Полиамиды — пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, материал неорганического происхождения, синтизированный из нефти, газа или древесного угля.
В механике и электротехнике полиамиды — это широко применяемые инженерные пластики, разновидности — капролон или полиамид ПА 6, нейлон, химическое обозначение – PA.
Достоинства изоляторов из полиамидов:
- Небольшой удельный вес,
- Высокие диэлектрические свойства,
- Высокая степень износоустойчивости и прочности,
- Устойчивость к ударным нагрузкам,
- Устойчивость к факторам внешней среды, в том числе и к УФ-лучам,
- Возможность окрашивания.
Недостатки изоляторов из полиамидов:
- Повышенное влагопоглащение,
- Наличие усадочных раковин, что приводит к слизыванию граней закладных деталей.
Эпоксидные изоляторы по-сравнению с изоляторами из полиамида гладкие, без утяжин и трещин за счет очень низкой усадки материала.
Полимерные изоляторы НТЦ Энерго-Ресурс обладают рядом бесспорных преимуществ по сравнению с полиамидными, фенопластовыми и керамическими изоляторами того же класса.
Изоляторы с оболочкой из кремнийорганической резины (силикона)
Главное преимущество полимерных изоляторов с кремнийорганической (силиконовой) защитной оболочкой — высокая грязестойкость. Уникальное свойство кремнийорганики, которое и обеспечивает высокую грязестойкость — сохранение гидрофобности поверхности на протяжении всего срока службы изделия. В условиях загрязнения токи утечки у полностью смоченного фарфорового изолятора со сплошной водяной пленкой на поверхности и у кремнийорганического — с капельным водяным слоем могут отличаться в десятки раз, а разрядные характеристики – в несколько раз. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекинг-стойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов.
Преимущества изоляторов с оболочкой из кремнийорганической резины
- Высокая стойкость к воздействию кислот и щелочей, к ультра-фиолетовому облучению,
- Трекинго-эрозинная стойкость,
- Высокие гидрофобные свойства,
- Лёгкий вес,
- Стойкость к актам вандализма,
- Устойчивы к ошибкам персонала при монтаже и эксплуатации.
По теме
Типы изоляторов. Основные характеристики
ГОСТы по изоляторам
Популярные товары
Изоляторы полимерные всех типов
Индикаторы наличия напряжения 6-35 кВ
Углеродные нанотрубки-медь с металлической теплопроводностью и кремнийподобным тепловым расширением для эффективного охлаждения электроники
Углеродные нанотрубки-медь с теплопроводностью, подобной металлу, и тепловым расширением, подобным кремнию, для эффективного охлаждения электроники†
Чандрамули
Субраманиам* и
Юзури
Ясуда, и
Сатоши
Такея, б
Сэйсукэ
Ата, ак
Аюми
Нисидзава, и
Дон
Футаба, ac
Такео
Ямада ак
а также
Кенджи
Хата* ак
Принадлежности автора
*
Соответствующие авторы
и
Ассоциация технологических исследований одностенных углеродных нанотрубок (TASC), Central 5, 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan
Электронная почта:
чандрамули-субраманиам@aist.
go.jp
б
Научно-исследовательский институт приборостроения Frontier (RIIF), Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST), Central 5, 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan
с
Исследовательский центр нанотрубок, Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST), Central 5, 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan
Электронная почта:
[email protected]
Аннотация
rsc.org/schema/rscart38″> Возрастающая функциональная сложность и компактность электронных устройств привели к постоянному увеличению рассеиваемой мощности, в основном в виде тепла. Основной причиной выхода из строя полупроводниковой электроники был перегрев. Такие отказы возникают на границе раздела радиатора (обычно Cu и Al) и подложки (кремния) из-за большого несоответствия коэффициентов теплового расширения (∼300%) металлов и кремния. Следовательно, для эффективного охлаждения такой электроники требуется материал с высокой теплопроводностью и коэффициентом теплового расширения (КТР), подобным кремнию. Удовлетворяя эту потребность, мы разработали композит углеродные нанотрубки-медь (УНТ-Cu) с высокой металлической теплопроводностью (395 Вт · м −1 K −1 ) и низкий кремнийподобный КТР (5,0 ppm K −1 ). Теплопроводность была идентична Cu (400 Вт·м −1 K −1 ) и выше, чем у большинства металлов (Ti, Al, Au).
Важно отметить, что несоответствие КТР между УНТ-Cu и кремнием составляло всего ~10%, что означает превосходную совместимость. Бесшовная интеграция УНТ и Cu была достигнута за счет уникального двухэтапного подхода к электроосаждению для создания обширного и непрерывного интерфейса между Cu и УНТ. Это позволило учесть тепловой вклад как Cu, так и УНТ, что привело к высокой теплопроводности. В то же время высокая объемная доля УНТ уравновешивает тепловое расширение Cu, что объясняет низкий КТР композита УНТ–Cu. Экспериментальные наблюдения находились в хорошем количественном согласии с теоретически описанной моделью «матрица-пузырь». Далее мы продемонстрировали одинаковые in situ поведение термической деформации композита УНТ-Cu по отношению к диэлектрикам на основе кремния, что приводит к наименьшей межфазной термической деформации. Это уникальное сочетание свойств помещает CNT-Cu в качестве изолированного пятна на карте теплопроводности и КТР Эшби. Наконец, композит УНТ-Cu показал наибольшую температурную стабильность, на что указывает его низкий параметр термической деформации (TDP). Таким образом, этот материал представляет собой жизнеспособную и эффективную альтернативу существующим материалам для регулирования температуры в электронике.Сравнение медных и стеклянных тепловых трубок с Fe2O3, колеблющихся в магнитном поле | International Journal of Low-Carbon Technologies
Результаты показали, что характеристики теплопередачи OHP улучшились при добавлении наночастиц. Это улучшение было значительно усилено приложением магнитного поля, особенно в областях с более высокой тепловой нагрузкой, и было лучше для медного ОНР с Fe 9.0093 2 O 3 наножидкость.
Когда разница температур между испарителем и конденсатором превышает определенный порог, пузырьки газа и жидкие пробки начинают самопроизвольно колебаться взад и вперед. Амплитуда колебаний довольно сильная и жидкие пробки проникают как в конденсатор, так и в испаритель. Таким образом, передача тепла осуществляется не только за счет скрытого теплообмена, как в других типах тепловых труб, но и за счет обтекания горячих стенок более холодной движущейся жидкостью и наоборот. Следовательно, механизм теплопередачи между поднимающимися пленками жидкости вдоль вертикальной стенки представляет собой интересное явление для исследований в ОПН. По этому поводу проведен ряд исследований как с теоретической, так и с прикладной точек зрения [2–6]. В то время как в большинстве мартеновских насосов используются медные трубы, данные о течении жидкости через плоскую вертикальную стенку с шероховатой поверхностью не публиковались. Исследованы лишь некоторые особенности их работы в отличие от ОНР [7–10]. Основные аспекты, которые еще предстоит изучить, включают геометрию и расположение внутренней поверхности с шероховатостью и без нее, в данном случае, медных и стеклянных ОНР.
В этой статье были исследованы характеристики OHP с гладкой и шероховатой поверхностью: OHP со стеклянной поверхностью представляет собой гладкую поверхность, а OHP с медной поверхностью представляет собой шероховатую поверхность. Теплоотдача меди как шероховатой поверхности в 1,5 раза выше, чем у стеклянной трубы, которую можно было бы рассматривать как гладкую поверхность. Большое количество экспериментальных и теоретических исследований, упомянутых выше, было выполнено для теплообмена в мартеновском парогенераторе. Однако многие современные конструкции OHP имеют шероховатую, а не гладкую поверхность. На самом деле никакие поверхности OHP не бывают абсолютно гладкими, и часто вводятся промоторы турбулентности для улучшения скорости теплопередачи. До сих пор было опубликовано относительно немного статей о влиянии шероховатости поверхности на теплопередачу в ОНР. Обзор литературы показывает, что большинство исследований теплопередачи на гладких поверхностях состояло из экспериментальных измерений, дающих лишь частичное понимание влияния шероховатости, и не было найдено ни одной статьи, посвященной влиянию шероховатости в магнитном поле.
Однако, как показал Инкропера [11], увеличение шероховатости поверхности может привести к значительному увеличению теплового потока для режима пузырькового кипения. Шероховатая поверхность имеет множество полостей, которые служат для улавливания паров, обеспечивая больше и большие места для роста пузырьков. Отсюда следует, что плотность центров зарождения для шероховатой поверхности может быть существенно больше, чем для гладкой поверхности. Были проведены эксперименты по изучению влияния шероховатости поверхности на теплопередачу в ОНР, для которых ранее не сообщалось о всеобъемлющих исследованиях. Эксперименты проводились для медных и стеклянных ТР.
Перед заправкой рабочей жидкости в медный ОНР аппарат откачивали, помещая его под давление всасывания 0,1 Па на 15 мин с помощью вакуумного насоса, соединенного с трехходовым клапаном. После этого первоначального вакуумирования трехходовой клапан использовался для изоляции вакуумного насоса и обеспечения подачи рабочей жидкости в OPH, см. рис. 1.
рис. 1.Рис. 1.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд фото экспериментальной установки.
Для имитации различных тепловых нагрузок на испарительную секцию использовался пластинчатый электронагреватель с максимальной номинальной мощностью 250 Вт, подключенный к сети через трансформатор Variac. Variac контролировал подачу напряжения на нагреватель, тем самым контролируя отдачу тепла от нагревателя. Чтобы свести к минимуму потери тепла в окружающую среду, над плитой нагревателя и над адиабатической секцией была использована толстая шерстяная изоляция.
Подводимая теплота была рассчитана с использованием измерений, полученных от системы электрического контроля нагревателя, которая состояла из стандартного вольтметра и амперметра. Погрешности напряжения и тока составили ±0,4 В и ±0,015 А соответственно.
Температуры в различных частях системы (испарительной, адиабатической и конденсаторной секциях) контролировались с помощью набора термопар типа К, подключенных к портативной системе регистрации и отображения данных.
Четыре термопары были прикреплены к секции испарителя, четыре термопары были присоединены к адиабатической секции и четыре термопары использовались для измерения температуры поверхности секции конденсатора. Погрешность измерения температуры с помощью устройства контроля температуры оказалась равной ±1 К. Следует отметить, что, согласно нашему анализу погрешностей, суммарная погрешность составляет <10%. Геометрические параметры СТ приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Конфигурация тепловых трубок.
| Контейнер OHP . | Медь и стекло . |
|---|---|
| OHP length | 380 mm |
| Condenser length | 100 mm |
| Adiabatic length | 100 mm |
| Evaporator length | 100 mm |
| Outer diameter | 3 mm |
| Wall thickness | 1. 25 mm |
| Inner diameter | 1.75 mm |
| Liquid filled ratio | 50% |
| Total length of OHP | 4.4 m |
| Контейнер OHP . | Медь и стекло . |
|---|---|
| Длина OHP | 380 мм |
| Condenser length | 100 mm |
| Adiabatic length | 100 mm |
| Evaporator length | 100 mm |
| Outer diameter | 3 mm |
| Wall thickness | 1.25 mm |
| Внутренний диаметр | 1,75 мм |
| Коэффициент заполнения жидкостью | 50% |
| Общая длина OHP | 4,4 м |
Открыть в новой вкладке
Таблица 1.
Конфигурация тепловых трубок.
| Контейнер OHP . | Медь и стекло . |
|---|---|
| Evaporator length | 100 mm |
| Outer diameter | 3 mm |
| Wall thickness | 1.25 mm |
| Inner diameter | 1.75 mm |
| Liquid filled ratio | 50% |
| Общая длина OHP | 4,4 м |
| Контейнер OHP . | Медь и стекло . |
|---|---|
| OHP length | 380 mm |
| Condenser length | 100 mm |
| Adiabatic length | 100 mm |
| Evaporator length | 100 mm |
| Outer diameter | 3 мм |
| Толщина стенки | 1,25 мм |
| Внутренний диаметр | 1,75 мм |
| Коэффициент заполнения жидкостью | 50% |
| Общая длина OHP | 4,4 м |
Открыть в новой вкладке
Для текущего исследования использовали керосин в качестве носителя, олеиновую кислоту в качестве поверхностно-активного вещества и наночастицы Fe 2 O 3 с 5 об.
%. В таблице 2 представлены свойства наночастиц Fe 2 O 3 , использованных в этом исследовании. Наночастицы Fe 2 O 3 были добавлены в базовую жидкость, а затем в базовую жидкость с Fe 2 O 3 наночастицы непрерывно перемешивали с помощью магнитной мешалки. Его также обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового генератора в течение 1 часа.
Таблица 2.
Свойства нанопорошка оксида железа (Fe 2 O 3 ).
| Детали: нанопорошок оксида железа (гамма-Fe 2 O 3 —высокая чистота) . | |
|---|---|
| 99,5% | Чистота |
| 20 nm | APS |
| 40–80 m 2 /g | SSA |
| Red brown | Color |
| Spherical | Morphology |
| Details : нанопорошок оксида железа (гамма — Fe 2 O 3 —высокая чистота) . | |
|---|---|
| 99,5% | Чистота |
| 20 нм | APS |
| 40–80 m 2 /g | SSA |
| Red brown | Color |
| Spherical | Morphology |
Открыть в новой вкладке
Таблица 2.
Свойства нанопорошка оксида железа (Fe 2 O 3 ).
| Детали: нанопорошок оксида железа (гамма-Fe 2 O 3 —высокая чистота) . | |
|---|---|
| 99.5% | Purity |
| 20 nm | APS |
| 40–80 m 2 /g | SSA |
| Red brown | Color |
| Spherical | Морфология |
| Детали: нанопорошок оксида железа (гамма-Fe 2 O 3 —высокая чистота) . | |
|---|---|
| 99.5% | Purity |
| 20 nm | APS |
| 40–80 m 2 /g | SSA |
| Red brown | Color |
| Spherical | Морфология |
Открыть в новой вкладке
Средняя температура конденсатора ( T c-mean ) рассчитывали с использованием показаний четырех термопар конденсатора в соответствии с уравнением (1). Благодаря относительно большому расходу воды в конденсаторной секции температура во время эксперимента остается постоянной. Средняя температура испарителя ( T e-mean ) также была рассчитана с использованием показаний четырех термопар испарителя в соответствии с уравнением (2) и используется в этом исследовании для демонстрации характеристик запуска феррожидкости, используемой в OHP.
TC-mean=TC1+TC2+TC3+TC44
(1)
TE-mean=TE1+TE2+TE3+TE44
(2)
Термическое сопротивление OHP является мерой тепловых характеристик
R=Te−TcQin
(3)
где T e – температура стенки испарителя, T c – температура стенки конденсатора. Q в – это входная тепловая нагрузка на СТ, которая рассчитывается на основе входного тока и напряжения следующим образом:
Qin=VI
(4)
где В — входное напряжение, поступающее на плоский электрический нагреватель, а I — ток, измеренный цифровым амперметром.
На рис. 2 показана разница температур между секциями испарителя и конденсатора для медного ОНР в зависимости от подводимого тепла.
Как и ожидалось, разница температур увеличивалась с увеличением подводимой теплоты. Добавление наночастиц Fe 2 O 3 в магнитном поле уменьшило разницу температур между испарителем и конденсатором.
Рисунок 2.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Разница температур пара между секциями испарителя и конденсатора в зависимости от тепловложения для медного ОНР с наножидкостью Fe 2 O 3 .
Зависимость теплового сопротивления от тепловой нагрузки для каждого OHP была нанесена на один график, и результаты показаны на рисунке 3 для медного OHP и на рисунке 4 для стеклянного OHP.
Рисунок 3.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сравнение термических сопротивлений между базовой жидкостью (керосином) и наножидкостями с магнитным полем (M.Ff) и без магнитного поля (Ff), коэффициент заполнения = 50 % в медном OHP .
Рисунок 4.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сравнение термических сопротивлений между базовой жидкостью (керосином) и наножидкостями с магнитным полем (M.
Ff) и без магнитного поля (Ff), коэффициент заполнения = 50% в стекле OHP .
Из приведенных выше рисунков видно, что общее тепловое сопротивление СТ Fe 2 O 3 , заряженных наножидкостью, ниже, чем у СТ только керосина. Это означает, что добавление наночастиц Fe 2 O 3 улучшило теплопередачу OHP. Добавление магнитного поля привело к дальнейшему снижению теплового сопротивления, и это более заметно в областях с более высокой тепловой нагрузкой. Считается, что это связано со способностью магнитного поля дестабилизировать паровую пленку, образующуюся на поверхности теплопередачи при более высоких тепловых нагрузках, т.е. добавление Fe 2 O 3 наночастицы улучшили теплопередачу OHP, а приложение магнитного поля привело к дальнейшему увеличению теплопередачи.
Чтобы оценить влияние использования магнитного поля на характеристики теплопередачи OHP, заряженных наножидкостями, эффективность повышения производительности η была оценена с использованием следующего уравнения: %100
(5)
где R-basefluid — тепловое сопротивление OHP, заправленного только базовой жидкостью (керосином), а R-nanofluid — тепловое сопротивление OHP, заправленного наножидкостью.
Используя приведенное выше определение, 9Были определены значения 0085 η , и процентное улучшение двух поверхностей OHP с магнитными полями и без них представлено на рисунках 5 и 6. Из обоих рисунков видно, что процентное усиление увеличивалось с приложением магнитного поля для обоих OHP. Это увеличение процентного увеличения намного больше в областях с более высокой тепловой нагрузкой, достигая 19 и 22%, когда магнитное поле было приложено к стеклянным и медным OHP, соответственно, при тепловой нагрузке 90 Вт.
Рисунок 5.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Процентное улучшение с использованием магнитного поля (M.Ff) по сравнению с немагнитным полем (Ef) для медного OHP с коэффициентом заполнения 50 %.
Рисунок 6.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Процентное улучшение с использованием магнитного поля (M.Ff) по сравнению с немагнитным полем (Ff) для стеклянного OHP с коэффициентом заполнения 50%.
Рисунки 5 и 6 можно интерпретировать как термическое сопротивление Fe 2 O 3 заряженная рабочая жидкость в магнитном поле ниже, чем в отсутствие магнитной жидкости, отсюда более высокие числа Нуссельта и, следовательно, повышенный коэффициент теплопередачи и более высокая теплопроводность.
Можно также сделать вывод, что теплопередача Fe 2 O 3 в магнитном поле зависит от нескольких факторов, включая состояние поверхности испарителя, которое, в свою очередь, зависит от шероховатости поверхности; в результате он увеличивает или уменьшает движение пара, а сила сопротивления, обусловленная силой Лоренца, увеличивает или уменьшает выделение, аккумулируемое пузырьком на внутренней стенке испарителя.
Влияние Fe 2 O 3 на усиление теплообмена в двухфазном потоке можно проиллюстрировать двумя причинами: взвешенное Fe 2 O 3 увеличило теплопроводность базовой жидкости; взаимодействия между Fe 2 O 3 и самим собой, с одной стороны, и между Fe 2 O 3 и внутренней поверхностью ОНР, с другой стороны. Также диффузия и интенсификация столкновений Fe 2 O 3 у стенки за счет увеличения концентрации Fe 2 O 3 приводит к быстрой передаче тепла от стенки мартеновского станка к Fe 2 O 3 .
Сравнение результатов для всех приведенных выше рисунков показывает, что тепловое сопротивление в случае OHP с медной поверхностью ниже, чем у OHP со стеклянной поверхностью, а процентное усиление магнитным полем в случае OHP с медной поверхностью выше, чем у OHP с медной поверхностью. для стеклянной поверхности OHP. Причину снижения термического сопротивления стеклянных ОНР можно объяснить следующим образом. Основное термическое сопротивление ОНР обусловлено образованием пузырька пара на границе раздела жидкость–твердое тело. Большой размер зародышей пузырьков создает более высокое термическое сопротивление, препятствующее передаче тепла от твердой поверхности к жидкости [11]. Шероховатость поверхности меди приводит к увеличению пузыря во время образования пузыря. Образование пузырьков и их рост инициируются столкновением восходящего и нисходящего жидкостных снарядов вблизи испарительной секции. Такие частые столкновения создают большое количество пузырьков, которые в конечном итоге сливаются, образуя длинную паровую пробку размером с трубу OHP.
Причину этого можно объяснить тем, что медная трубка обеспечивает лучший термический КПД и большее количество колебаний давления с большей амплитудой по сравнению со стеклянной трубкой в СТ. Переходную область можно рассматривать как область, в которой шероховатость возникает из ранее незатронутого вязкого подслоя. Однако нет необходимости предполагать, что подслой не изменился из-за наличия подводной шероховатости. Возможно, более приемлемое описание течения вблизи элемента шероховатости показано на рис. 7.
Рисунок 7.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Схема течения у шероховатой стенки.
Это изменение уровня турбулентности вблизи шероховатой поверхности может повлиять как на скорость передачи импульса, так и на скорость теплопередачи. Разрыв вязкого подслоя и проникновение турбулентности в области долин приводит к быстрому увеличению скоростей как переноса импульса, так и теплообмена. Можно ожидать большего увеличения последнего, поскольку пропорционально больше сопротивления теплопередаче возникает в вязкой области.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментальное исследование было разработано, собрано, оснащено приборами и выполнено для исследования усиления теплопередачи в результате введения наножидкостей в рабочую жидкость (керосин) двух поверхностных ОНР (медная поверхность ОНР и стеклянная поверхность ОНР). Наночастицы, использованные для теста, представляли собой нанопорошок оксида железа (Гамма-Fe 2 O 3 — высокой чистоты). Два типа поверхности представляли собой шероховатую и гладкую поверхности соответственно. Дальнейшее исследование было проведено по влиянию магнитного поля, приложенного к OHP. Из экспериментальных результатов и обсуждения рабочих характеристик медных и стеклянных поверхностей OHP можно сделать следующие выводы:
Характеристики теплопередачи OHP улучшились при добавлении наножидкостей, и это улучшение еще больше усиливается за счет применения магнитного поля, особенно при высоких тепловых нагрузках.
Результаты показывают увеличение теплопередачи на 16% после использования наножидкости Fe 2 O 3 с магнитным полем.Сделан вывод, что теплопередача с Fe 2 O 3 в магнитном поле зависит от нескольких факторов, например, состояние поверхности испарителя зависит от шероховатости поверхности, в результате увеличивается или уменьшается движение пара, а также сила сопротивления за счет силы Лоренца увеличивает или уменьшает выход пузырька, скопившегося на внутренней стенке испарителя.
При увеличении объемного процента наночастиц в суспензии скорость теплопередачи увеличивается, но это приводит к уменьшению движения пузырьков, и этот вопрос необходимо контролировать, так как это может привести к повышению давления в системе. и может привести к блокировке.
Общая скорость теплопередачи шероховатых поверхностей, таких как медь, значительно увеличивается по сравнению с гладкими поверхностями, такими как стекло, в OHP.
На термические сопротивления в секциях испарителя и конденсатора влиял такой важный параметр, как шероховатость поверхности внутренней стенки мартеновского насоса. Теплоотдача меди как шероховатой поверхности увеличивается в 1,5 раза по сравнению со стеклом как гладкой поверхностью.
Результаты показывают увеличение теплопередачи на 16% после использования наножидкости Fe 2 O 3 с магнитным полем.
БЛАГОДАРНОСТИ
Это исследование было поддержано Университетом Мешхед Азад. Авторы выражают искреннюю признательность за всю оказанную им поддержку.
ССЫЛКИ
1
Акачи
H
.
Петлевая капиллярная тепловая трубка
.
,
1994
.
2
Уилсон
СА
.
Экспериментальное исследование наножидкостных тепловых трубок с колебательным движением
.
Колумбийский университет Миссури
,
2006
.
3
Фасула
С
.
Осциллирующие тепловые трубки (OHP)
.
Университет Род-Айленда
,
2009
,
46
.
4
Yulong
J
,
Corey
W
,
Hsiu-hung
C
и др. .
Влияние формы частиц на характеристики теплопередачи в колеблющейся тепловой трубе
.
Nanoscale Res Lett
2011
;
6
:
296
.
5
Yulong
J
,
Hongbin
M
,
Fengmin
S 90etal. .
Влияние размера частиц на характеристики теплопередачи в колеблющейся тепловой трубе
.
Exp Thermal Fluid Sci
2011
;
35
:
724
–
7
.
6
Таслимифар
М
,
Мохаммади
М
,
Афшин
.
Общие тепловые характеристики феррожидкостных пульсирующих тепловых труб с разомкнутым контуром: экспериментальный подход
.
Международная тепловая наука
2013
;
65
:
234
–
41
.
7
Мамели
М
,
Маренго
М
,
Хандекар
5
S .
Локальное измерение теплопередачи и характеристика теплоносителя пульсирующей тепловой трубы
.
Int J Thermal Sci
2014
;
75
:
140
–
52
.
8
Цзя
L
.
Экспериментальные исследования пульсирующей тепловой трубы
. В:
Материалы 4-го Азиатского совместного семинара по теплофизике и гидродинамике
,
Пусан, Корея
,
2012
.
9
Гуминовый
G
,
Гуминовый
А
,
Морьян
I
и др. .
Экспериментальное исследование тепловых характеристик термосифонной тепловой трубы с использованием наночастиц оксида железа
.
Int J Тепломассообмен
2011
;
54
:
656
–
61
.
10
Гофрани
А
,
Дибаей
МХ
,
Сима
AH
и др. .
Экспериментальные исследования ламинарной вынужденной конвекции теплообмена феррожидкостей в переменном магнитном поле
.
Exp Thermal Fluid Sci
2013
;
49
:
193
–
200
.
11
Инкропера
D
,
Dewitt
P
,
Бергеман
Т
и др. .
Введение в теплопередачу
, 6-е изд.
Джон Вили и сыновья
,
2009
.
© The Author, 2015. Опубликовано Oxford University Press.
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.
© The Author, 2015. Опубликовано Oxford University Press.
Раздел выдачи:
Артикул
Скачать все слайды
КейпСим | СИММИК
SYMMIC — это программный пакет для теплового анализа мощных радиочастотных компонентов на этапе проектирования. Простой в использовании симулятор облегчает детальный анализ нагрева в полевых транзисторах (FET) и монолитных микроволновых интегральных схемах (MMIC). Компоновку MMIC в радарные и коммуникационные системы можно дополнительно проанализировать, чтобы определить влияние конструкции подсистемы на пиковые температуры переходов в отдельных полевых транзисторах. SYMMIC — это преобразующий инструмент, позволяющий разработчикам транзисторов, схем и корпусов добиваться оптимальной производительности и надежности в радиочастотных и силовых системах следующего поколения. Свяжитесь с нами по адресу [email protected], чтобы узнать цены и другие подробности.
Почему шаблоны?
Реальная физика устройства сложна. Успешное моделирование и симуляция во многом зависит от того, что следует исключить.
модель реального устройства. Особенно это актуально на стадии разработки проекта, когда разумно
точное, но приблизительное моделирование должно быть выполнено быстро, чтобы поддерживать итерации проекта, которые
требуется для оптимизации производительности. Мы считаем, что это лучше всего достигается с помощью структуры шаблонов.
Шаблон устройства позволяет разработчику работать с упрощенным представлением с достаточной детализацией.
получить точное распределение температуры в местах, которые больше всего влияют на производительность и надежность. В качестве
продемонстрировано в Руководстве пользователя (анализ сверху вниз), в шаблон может быть включено достаточно подробностей, чтобы получить
точные температуры перехода для полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов в усилителях мощности, но
Шаблон не обязан иметь такой же уровень детализации для других частей макета.
Работа напрямую из
файлы компоновки САПР, однако, вынуждают тепловое моделирование обрабатывать намного больше информации, большая часть которой
не имеет отношения к тепловому анализу, замедляет процесс проектирования или заставляет игнорировать тепловые характеристики
на этапе проектирования схемы. Уровень детализации шаблона может быть адаптирован к конкретному типу
необходим тепловой анализ, например, включение отдельных затворов в полевые транзисторы усилителя мощности при упрощении других
типы устройств к прямоугольным источникам тепла.
Сложный формат шаблона с открытым исходным кодом и полной документацией позволяет каждой группе инженеров разрабатывать
собственный конструкторский комплект для термического анализа. Члены команды знакомы с тепловыми аспектами производства
процесс (трехмерная структура устройства, упаковка чипа, свойства материала и т. д.) может легко создать семейство устройств
шаблоны, которые предоставят проектировщикам схем высокоточные модели конечных элементов, которые можно
включены в их процесс проектирования.
Важные особенности модели могут быть параметризованы внутри
шаблон. Затем эти проектные параметры предоставляются проектировщикам схем через пользовательский интерфейс SYMMIC.
чтобы обеспечить проектирование с учетом температуры. Например, полевой транзистор может быть параметризован количеством и шириной
затворы, расстояние от затвора до затвора, расстояние от затвора до водостока, толщина слоев вторичного металла, длина поля
пластина, профиль нагрева в зависимости от напряжения пластины возбуждения и напряжения затвора и т.д. Почти все, что есть
изменяемые в процессе литья, могут быть изменены в шаблонах устройств. Тогда схемотехники свободны
чтобы сделать необходимые компромиссы для получения оптимальной производительности без необходимости новых моделей или симуляций из
другие члены команды являются экспертами в использовании программного обеспечения для конечных элементов общего назначения.
Опубликованные примеры использования SYMMIC
Тепловые аспекты при проектировании недорогого приемопередающего модуля
SYMMIC Тепловой анализ приемо-передающего модуля многофункционального радара с фазированной решеткой (MPAR) в диапазоне уровней мощности и рабочих циклов.
