Što mjeri toplinska vodljivost
Toplinska vodljivost, izražena u vatima po metru kelvina, W/(m·K), pokazuje koliko topline prolazi kroz jedinicu debljine materijala za određenu temperaturnu razliku. To je najvažnije pojedinačno svojstvo materijala u -debljini stijenke u bilo kojem izračunu-prijenosa topline, jer određuje koliki dio ukupnog otpora protoku topline dolazi od samog metala, a ne od dva filma tekućine.
Za kovanu mesing svojstvo je u rasponu od otprilike 109 do 170 W/(m·K) na sobnoj temperaturi. To ovu obitelj svrstava znatno iznad ugljičnog čelika i nehrđajućeg čelika, a ispod nelegiranog bakra. Rasprostranjenost unutar pojasa nije nasumična: gotovo u potpunosti ovisi o tome koliko je cinka i koliko drugih elemenata dodano u bakrenu rešetku.
Tipične vrijednosti toplinske vodljivosti prema stupnju
| Razred | Nazivni sastav | Toplinska vodljivost na 20 stupnjeva, W/(m·K) |
|---|---|---|
| C11000 ETP bakar | 99,90 % Cu | 388 |
| C23000 crveni mesing | 85 % Cu, 15 % Zn | 159 |
| C26000 patrona mesing | 70 % Cu, 30 % Zn | 121 |
| C36000 besplatno-za rezanje mesinga | 61,5 % Cu, 35,5 % Zn, 3 % Pb | 115 |
| C44300 admiralska mjed | 71 % Cu, 28 % Zn, 1 % Sn | 109 |
| C70600 bakar-nikal 90/10 | Cu, 10 % Ni, 1,3 % Fe | 45 |
Vrijednosti se odnose na kovani materijal u žarenom stanju na približno 20 stupnjeva. To su brojke koje se obično koriste za idejni projekt; tamo gdje je rad kritičan, treba koristiti potvrdu mlina za stvarnu toplinu zajedno s korekcijom temperature koja odgovara rasponu usluga.
Što kontrolira vrijednost
Sadržaj cinka.Cink u čvrstoj otopini raspršuje elektrone koji nose toplinu u bakru. Svaki dodatni postotak cinka smanjuje toplinsku vodljivost, zbog čega je crveni mesing 85/15 otprilike 30 % vodljiviji od mesinga s uloškom 70/30.
Kositar, arsen i aluminij.Ovi elementi dodani su radi otpornosti na koroziju i čvrstoće, a svaki od njih dodatno smanjuje vodljivost. Admiralska mjed, s 1 % kositra i tragom arsena, nalazi se na dnu kovane limene trake.
Dovesti.Olovo se dodaje-mesingu za slobodno rezanje radi obradivosti. Njegov učinak na vodljivost je skroman na razinama od 2-3 % koje se koriste u praksi.
Hladni rad.Hladna redukcija značajno mijenja mehanička svojstva i električni otpor, ali učinak na toplinsku vodljivost je mali u odnosu na razine deformacije koje se susreću u komercijalnim kaljenjima.
Temperatura.Preko uobičajenog radnog raspona bakrenih legura, otprilike -50 do 200 stupnjeva, temperatura ima samo skroman učinak, a vrijednost sobne temperature je odgovarajuća za većinu inženjerskih procjena.
Električna vodljivost kao brza unakrsna-provjera
I toplinu i električni naboj nose uglavnom slobodni elektroni, tako da se ta dva svojstva kreću zajedno u istoj obitelji legura. Kovani mjed kao što je C26000 s oko 28 % IACS električne vodljivosti ima toplinsku vodljivost blizu 121 W/(m·K). C44300, s otprilike 26 % IACS, pada na oko 109 W/(m·K). Nečist, oksidiran ili teško obrađen materijal gubi oba svojstva zajedno.
Ovaj odnos je koristan u kupnji. Kada se u podatkovnoj tablici navodi toplinska vodljivost koja nije u skladu s električnom vodljivošću navedenom na istoj stranici, jedna od dvije brojke je netočno kopirana i materijal se ne bi trebao prihvatiti za toplinski kritičnu primjenu dok se potvrda mlina ponovno -provjeri prema važećem standardu.
Gdje vlasništvo odlučuje o dizajnu
Cijevi izmjenjivača topline i kondenzatora.Bakrene legure koriste se upravo zato što njihova vodljivost održava otpor stijenke malim u odnosu na film-strane vode, omogućujući kompaktne školjke i manje cijevi.
Radijatori i razdjelnici topline.Ovdje visoka vodljivost širi toplinu bočno tako da se može koristiti mala površina peraje; crveni mjed i mjed za patrone uobičajeni su izbor.
HVAC i rashladni uređaji.Tijela cijevi i ventila od mesinga imaju koristi od brzog, ravnomjernog prijenosa topline i snage koju dodaje cink.
Električni priključci i sabirnice.Vodljivost i nosivost-struje moraju biti u ravnoteži sa čvrstoćom i otpornošću na trošenje koje pruža mjed.
Praktične bilješke o odabiru
Vodljivost treba tretirati kao jedno svojstvo u skupu, a ne kao sam cilj. Klasa odabrana isključivo zbog svoje vrijednosti vodljivosti može se pokazati premekanom za uključena opterećenja ili previše sklonom uklanjanju cinka u servisnoj vodi. Uobičajena praksa je odabir legure prvo na temelju korozije, čvrstoće i mogućnosti oblikovanja, a zatim provjera zadovoljava li toplinska vodljivost još uvijek zadatak prijenosa topline s prihvatljivom površinom.
Vrijedno je zapamtiti još dvije točke. Prvo, površinsko onečišćenje i kamenac obično dominiraju prijenosom topline nakon što je izmjenjivač u upotrebi, tako da mala razlika u vodljivosti metala između dvije legure kandidata rijetko opravdava promjenu dizajna. Drugo, budući da se mesing razlikuje od bakra za faktor tri u vodljivosti, zamjena bakra mesingom za toplinski kritičnu komponentu stvarna je inženjerska odluka, a ne jednostavna zamjena materijala.
FAQ
P: Kolika je toplinska vodljivost mesinga?
Za kovanu mesing vrijednost se obično kreće između oko 109 i 170 W/(m·K) na sobnoj temperaturi. Točna brojka ovisi o sastavu: visoki-bakreni crveni mesingovi su na gornjem kraju, a kositreni-admiralski mesingi na donjem kraju.
P: Koji mesing ima najveću toplinsku vodljivost?
Unutar obitelji mesinga, visoko-bakra, nisko-cinka najbolje provode toplinu. C23000 crvena mjed s 85 % bakra je oko 159 W/(m·K), osjetno bolja od 70/30 mesinga s patronama s oko 121 W/(m·K).
P: Smanjuje li cink toplinsku vodljivost u mesingu?
Da. Cink otopljen u bakrenoj rešetki raspršuje vodljive elektrone, tako da svaki dodani postotak cinka smanjuje toplinsku vodljivost, kao i električnu vodljivost.
P: Kakva je mjed u usporedbi s bakrom za prijenos topline?
ETP bakar s oko 388 W/(m·K) više je od tri puta vodljiviji od mjedi za patrone. Mjed se ipak preferira za mnoge komponente jer je čvršći, bolji su strojevi i košta manje, što je često važnije od razlike u vodljivosti.
P: Kako mogu pretvoriti imperijalne jedinice vodljivosti u W/(m·K)?
Pomnožite vrijednost u Btu·ft/(ft²·h· stupanj F) s 1,7307 da biste dobili W/(m·K). Provjera je jednostavna: 121 W/(m·K) je isto što i oko 70 Btu·ft/(ft²·h· stupanj F), broj koji se obično navodi za 70/30 patrone od mesinga.
P: Utječe li hladni rad na toplinsku vodljivost mesinga?
Samo malo. Hladna redukcija povećava čvrstoću i električni otpor, ali mijenja toplinsku vodljivost za malu količinu na komercijalnim razinama temperature, tako da se žarena vrijednost obično koristi u izračunima dizajna.
