Теплоотдача металлов таблица: Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)

Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.

Коэффициент теплопроводности металлов

Коэффициент теплопроводности других материалов

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

(ρ_a=576кг/м³, ρ_п=400кг/м³,λ, Вт/(м•К))

Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах

Теплопроводность металлов и сплавов: таблица

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.

Таблица 1

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.

Таблица 2

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.

Рейтинг: 5/5 — 1 голосов

Коэффициент теплопроводности металлов (Таблица)

Теплопроводность многих металлов следует соотношению k = 2,5·10^-8σT, где Т обозначает температуру в °К, а σ — электропроводность в единицах (ом·см)^-1. Это соотно­шение, которое лучше всего оправдывается для хороших проводников электричества и при высоких температурах, можно применять и для определения коэффициентов тепло­проводности.

Соотношение kpc_p=const, где р обозначает плотность, а с_р — удельную теплоем­кость при постоянном давлении, было предложено Стормом для того, чтобы объяснить температурные изменения этих величин для некоторых металлов и сплавов.

Таблица коэффициент теплопроводности металлов

Элементы с металлической электропроводностью (числа, набранные курсивом, относятся к жидкой фазе)

Таблица коэффициент теплопроводности полупроводники и изоляторы

факторы, влияющие на теплопроводность сплавов

Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло. Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними. В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

• за одну секунду;
• через площадь один метр квадратный;
• на расстояние один метр;
• когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

Перенос тепла на молекулярном уровне

Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.

Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.

Теплопроводность материалов

Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.

Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.

Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.

В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):

• сталь 47—58;
• алюминий 237;
• медь 372,1—385,2;
• бронза 116—186;
• цинк 106—140;
• титан 21,9;
• олово 64,0;
• свинец 35,0;
• железо 80,2;
• латунь 81—116;
• золото 308,2;
• серебро 406,1—418,7.

В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:

• стекловолокно 0,03—0,07;
• стекло 0,6—1,0;
• асбест 0,04;
• дерево 0,13;
• парафин 0,21;
• кирпич 0,80;
• алмаз 2300.

Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.

В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.

Коэффициенты теплопередачи сталей

Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.

Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.

Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).

Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).

Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).

Факторы, влияющие на физическую величину

Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.

Температура материала

Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.

С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

Теплопроводность металлов и сплавов таблица

Пояснения сравнительных величин приборов отопления

Из представленных выше данных, видно, что наиболее высоким показателем теплоотдачи обладает биметаллическое отопительное устройство. Конструктивно такой прибор представлен компанией RIFAR в ребристом алюминиевом корпусе. в котором располагаются металлические трубки, вся конструкция крепится сварным каркасом. Этот вид батарей ставится в домах с большой этажностью, а также в коттеджах и частных домах. К недостатку этого вида отопительного устройства относится его дороговизна.

Важно! Когда этот вид батарей ставится в домах с большим количеством этажей, рекомендуется иметь собственную котельную станцию, в которой есть узел водоподготовки. Это условие предварительной подготовки теплоносителя связано со свойствами алюминиевых батарей

они могут подвергаться электрохимической коррозии, когда он поступает в некачественном виде через центральную сеть отопления. По этой причине отопительные приборы из алюминия рекомендуется ставить в отдельных системах отопления.

Чугунные батареи в этой сравнительной системе параметров значительно проигрывают, у них низкая теплоотдача, большой вес отопительного прибора. Но, несмотря на эти показатели, радиаторы МС-140 пользуются спросом населения, причиной которого являются такие факторы:

Длительность безаварийной эксплуатации, что важно в отопительных системах.
Стойкость к негативному воздействию (коррозии) теплового носителя.
Тепловая инерционность чугуна.

Данный вид устройств отопления работает более 50 лет, для него нет разницы в качестве подготовки теплового носителя. Нельзя их ставить в домах, где, возможно, высокое рабочее давление сети отопления, чугун не относится к прочным материалам.

Сравнение по другим характеристикам

Об одной особенности работы батарей – инертности – уже было упомянуто выше. Но для того чтобы сравнение радиаторов отопления было корректным, его надо производить не только по теплоотдаче, но и по другим важным параметрам:

• рабочему и максимальному давлению;
• количеству вмещаемой воды;
• массе.

Ограничение по величине рабочего давления определяет, можно ли устанавливать отопительный прибор в многоэтажных зданиях, где высота столба воды может достичь сотни метров. Кстати сказать, это ограничение не касается частных домов, где давление в сети не бывает высоким по определению. Сравнение по вместительности радиаторов может дать представление об общем количестве воды в системе, которое придется нагревать. Ну а масса изделия важна при определении места и способа его крепления.

В качестве примера ниже показана сравнительная таблица характеристик различных радиаторов отопления одинакового размера:

Примечание. В таблице за 1 единицу принят отопительный прибор из 5 секций, кроме стального, представляющего собой единую панель.

Теплопроводность и плотность алюминия

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).

Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.

Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла. Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 . Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

отсюда

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда. Читать далее →

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.

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.

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.

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.

Медные трубки в основе радиатора, так же медные ленты воздушного радиатора для передачи полученного тепла в окружающую среду. Крупные ячейки сот радиатора позволяют снизить потери скорости воздушного потока и позволяют прокачать большой объем воздуха за единицу времени. Слишком малая концентрация ленточной части радиатора снижает эффективность теплопередачи и увеличивает концентрацию и силу локального нагрева радиатора.

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.

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.

Как правильно сделать расчет тепловой мощности

Грамотное обустройство системы отопления в доме не может обойтись без теплового расчета мощности отопительных устройств необходимых для обогрева помещений. Существуют простые проверенные способы расчета тепловой отдачи отопительного прибора. необходимой для обогрева комнаты. Здесь также учитывается расположение помещения в доме по сторонам света.

• Южная сторона дома обогревается на метр кубический помещения 35 Вт. тепловой мощности.
• Северные комнаты дома на метр кубический обогреваются 40 Вт. тепловой мощности.

Для получения общей тепловой мощности необходимой для обогрева помещений дома надо реальный объем комнаты умножить на представленные величины и сложить их по количеству комнат.

Важно! Представленный вид расчета не может быть точным, это укрупненные величины, ими пользуются для общего представления необходимого количества отопительных приборов. Расчет биметаллических устройств отопления, а также алюминиевых батарей проводится исходя из параметров указанных в паспортных данных изделия

По нормативам секция такой батареи равняется 70 единицам мощности (DT)

Расчет биметаллических устройств отопления, а также алюминиевых батарей проводится исходя из параметров указанных в паспортных данных изделия. По нормативам секция такой батареи равняется 70 единицам мощности (DT).

Что это такое, как понимать? Паспортный тепловой поток секции батареи может быть получен при соблюдении условия подачи теплового носителя с температурой 105 градусов. Для получения в обратной системе отопления дома температуры 70 градусов. Начальная температура в комнате принимается за 18 градусов тепла.

теплоноситель нагрет до 105 градусов

DT= (температура носителя подачи + температура носителя обратки)/2, минус комнатная температура. Затем данные в паспорте изделия умножить на коэффициент поправочный, которые для разных значений DT приводятся в специальных справочниках. На практике это выглядит так:

• Система отопительная работает в прямой подаче 90 градусов в обработке 70 градусов, комнатная температура 20 градусов.
• По формуле получается (90+70)/2-20=60, DT= 60

По справочнику ищем коэффициент для этой величины, он равен 0,82. В нашем случае тепловой поток 204 умножаем на коэффициент 0,82, получаем реальный поток мощности = 167 Вт.

Сравнение по тепловой мощности

Если вы внимательно изучили предыдущий раздел, то должны понимать, что на теплоотдачу очень влияют температуры воздуха и теплоносителя, а эти характеристики мало зависят от самого радиатора. Но есть и третий фактор — площадь поверхности теплообмена, а тут конструкция и форма изделия играет большую роль. Поэтому идеально сравнить стальной панельный обогреватель с чугунным затруднительно, их поверхности слишком разные.

Четвертый фактор, влияющий на теплоотдачу, — это материал, из коего изготовлен отопительный прибор. Сравните сами: 5 секций алюминиевого радиатора GLOBAL VOX высотой 600 мм отдаст 635 Вт при DT = 50 °С. Чугунная ретро батарея DIANA (GURATEC) такой же высоты и таким же числом секций сможет выдать только 530 Вт при тех же условиях (Δt = 50 °С). Эти данные опубликованы на официальных сайтах производителей.

Примечание. Характеристики алюминиевых и биметаллических продуктов с точки зрения тепловой мощности практически идентичны, сравнивать их нет смысла.

Можно попытаться провести сравнение алюминия со стальным панельным радиатором, взяв ближайший типоразмер, подходящий по габаритам. Упомянутые 5 алюминиевых секций GLOBAL высотой 600 мм имеют общую длину около 400 мм, что соответствует стальной панели KERMI 600х400. Выходит, что даже трехрядный стальной прибор (тип 30) выдаст лишь 572 Вт при Δt = 50 °С. Но надо учитывать, что глубина радиатора GLOBAL VOX составляет всего 95 мм, а панели KERMI – почти 160 мм. То есть, высокая теплоотдача алюминия дает о себе знать, что отражается на габаритах.

В условиях индивидуальной системы отопления частного дома батареи одинаковой мощности, но из различных металлов, работать будут по-разному. Поэтому и сравнение довольно предсказуемо:

1. Биметаллические и алюминиевые изделия быстро прогреваются и остывают. Отдавая больше теплоты за промежуток времени, они возвращают более холодную воду в систему.
2. Стальные панельные радиаторы занимают среднюю позицию, так как передают тепло не настолько интенсивно. Зато они дешевле и проще в монтаже.
3. Самые инертные и дорогие – это обогреватели из чугуна, им присущ долгий разогрев и остывание, из-за чего появляется небольшое запаздывание при автоматическом регулировании расхода теплоносителя термостатическими головками.

Из всего вышесказанного напрашивается простой вывод

Не суть важно, из какого материала изготовлен радиатор, главное, чтобы он был верно подобран по мощности и подходил пользователю во всех отношениях. А вообще, для сравнения не помешает ознакомиться со всеми нюансами работы того или иного прибора, а также где какой можно устанавливать

Расчет тепловой мощности

Для организации обогрева помещений необходимо знать требуемую мощность на каждое из них, после чего произвести расчет теплоотдачи радиатора. Расход тепла на обогрев комнаты определяется достаточно простым способом. В зависимости от расположения принимается величина теплоты на обогрев 1 м3 комнаты, она составляет 35 Вт/ м3 для южной стороны здания и 40 Вт/ м3 – для северной. Реальный объем помещения умножается на эту величину и получаем требуемую мощность.

Внимание! Приведенный метод подсчета необходимой мощности является укрупненным, его результаты учитываются только в качестве ориентира. Для того чтобы рассчитать алюминиевые или биметаллические батареи, надо отталкиваться от характеристик, указанных в документации производителя

В соответствии с нормативами там дается мощность 1 секции радиатора при DT = 70. Это означает, что 1 секция даст указанный тепловой поток при температуре теплоносителя на подаче 105 ºС, а в обратке – 70 ºС. При этом расчетная температура внутренней среды принимается 18 ºС

Для того чтобы рассчитать алюминиевые или биметаллические батареи, надо отталкиваться от характеристик, указанных в документации производителя. В соответствии с нормативами там дается мощность 1 секции радиатора при DT = 70. Это означает, что 1 секция даст указанный тепловой поток при температуре теплоносителя на подаче 105 ºС, а в обратке – 70 ºС. При этом расчетная температура внутренней среды принимается 18 ºС.

Исходя из нашей таблицы, теплоотдача одной секции биметаллического радиатора с межосевым размером 500 мм составляет 204 Вт, но только при температуре в подающем трубопроводе 105 ºС. В современных системах, особенно индивидуальных, настолько высокой температуры не бывает, соответственно, и отдаваемая мощность уменьшится. Чтобы узнать реальный тепловой поток, нужно вначале просчитать параметр DT для существующих условий по формуле:

DT = (tпод + tобр) / 2 – tкомн, где:

• tпод – температура воды в подающем трубопроводе;
• tобр – то же, в обратке;
• tкомн – температура внутри комнаты.

После этого паспортная теплоотдача радиатора отопления умножается на поправочный коэффициент, принимаемый в зависимости от значения DT по таблице:

Например, при графике теплоносителя 80 / 60 ºС и комнатной температуре 21 ºС параметр DT будет равен (80 + 60) / 2 – 21 = 49, а поправочный коэффициент – 0.63. Тогда тепловой поток 1 секции того же биметаллического радиатора составит 204 х 0.63 = 128.5 Вт. Исходя из этого результата и подбирается количество секций.

https://youtube.com/watch?v=nSewFwPhHhM

Примеси в медных сплавах

отсюда

Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.

Образующие с медью твердые растворы

К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.

Не растворяющиеся в меди примеси

Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения

К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Наличие серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.

Что такое теплопроводность и теплопередача. Теплопроводность металлов и других материалов. • написать лс
• профиль

5.0

Оценка статьи

Всего голосов: 1

Репутация автора

• повысить репутацию
• история репутации

Тепло — это одна из форм энергии, которая заключена в движении атомов в веществе. Энергию этого движения мы и измеряем термометром, хоть и не напрямую.
Как и все другие виды энергии, теплота может передаваться от тела к телу. Происходит это всегда, когда есть тела разной температуры. При этом им необязательно даже находиться в соприкосновении, так существует несколько способов передачи тепла. А именно:
 
Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте двух тел. (Тело может быть и одно, если его части разной температуры.) При этом чем больше разность температур тел и чем больше площадь их контакта — тем больше тепла передаётся каждую секунду. Помимо этого, количество передаваемого тепла зависит от материала — например, большинство металлов хорошо проводят тепло, а дерево и пластик — гораздо хуже. Величину, характеризующую эту способность передавать тепло, тоже называют теплопроводностью (более корректно – коэффициент теплопроводности), что может приводить к некоторой путанице.
 
Если необходимо измерить теплопроводность какого-либо материала, то обычно это проводят в следующем эксперименте: изготовляется стержень из интересующего материала и один его конец поддерживается при одной температуре, а другой — при отличной, например более низкой, температуре. Пусть, например, холодный  конец будет помещён в воду со льдом — таким образом будет поддерживаться постоянная температура, а измеряя скорость таяния льда можно судить о количестве полученного тепла. Деля количество тепла (а вернее — мощность) на разность температур и поперечное сечение стержня и умножая на его длину, получаем коэффициент теплопроводности, измеряющийся, как следует из  вышенаписанного, в Дж*м/К*м²*с, то есть в Вт/К*м. Ниже вы видите таблицу теплопроводности некоторых материалов.
 

Материал	Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз	1001—2600
Серебро	430
Медь	401
Оксид бериллия	370
Золото	320
Алюминий	202—236
Кремний	150
Латунь	97—111
Хром	107
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Оксид цинка	54
Сталь	47
Оксид алюминия	40
Кварц	8
Гранит	2,4
Бетон сплошной	1,75
Базальт	1,3
Стекло	1-1,15
Термопаста КПТ-8	0,7
Вода при нормальных условиях	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Древесина	0,15
Нефтяные масла	0,12
Свежий снег	0,10—0,15
Стекловата	0,032-0,041
Каменная вата	0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,022

 
Как видно, теплопроводность различается на много порядков. Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.
 
Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата — нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и «всплывает» наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела. Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании сжимается, что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении. Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C
 
Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух.  Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.
 
Ещё один способ теплопередачи — это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (~600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая — порядка 40мВт с 1см². В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (~1м²) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T⁴) , согласно закону Стефана-Больцмана. Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.
 
В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме — именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца. Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.
 
 

---

 

• Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:

• «Физические величины» под ред.  И. С. Григорьева
• CRC Handbook of Chemistry and Physics

• Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)

Коэффициент теплопроводности и теплопередачи стали, сплавов

Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло. Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними. В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).

Блок: 1/6 | Кол-во символов: 434
Источник: https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali

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.

Таблица 1

Металл	Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
	— 100	100	300	700
Алюминий	2,45	2,38	2,30	2,26	0,9
Бериллий	4,1	2,3	1,7	1,25	0,9
Ванадий	—	—	0,31	0,34	—
Висмут	0,11	0,08	0,07	0,11	0,15
Вольфрам	2,05	1,90	1,65	1,45	1,2
Гафний	—	—	0,22	0,21	—
Железо	0,94	0,76	0,69	0,55	0,34
Золото	3,3	3,1	3,1	—	—
Индий	—	0,25	—	—	—
Иридий	1,51	1,48	1,43	—	—
Кадмий	0,96	0,92	0,90	0,95	0,44 (400°)
Калий	—	0,99	—	0,42	0,34
Кальций	—	0,98	—	—	—
Кобальт	—	0,69	—	—	—
Литий	—	0,71	0,73	—	—
Магний	1,6	1,5	1,5	1,45	—
Медь	4,05	3,85	3,82	3,76	3,50
Молибден	1,4	1,43	—	—	1,04 (1000°)
Натрий	1,35	1,35	0,85	0,76	0,60
Никель	0,97	0,91	0,83	0,64	0,66
Ниобий	0,49	0,49	0,51	0,56	—
Олово	0,74	0,64	0,60	0,33	—
Палладий	0,69	0,67	0,74	—	—
Платина	0,68	0,69	0,72	0,76	0,84
Рений	—	0,71	—	—	—
Родий	1,54	1,52	1,47	—	—
Ртуть	0,33	0,09	0.1	0,115	—
Свинец	0,37	0,35	0,335	0,315	0,19
Серебро	4,22	4,18	4,17	3,62	—
Сурьма	0,23	0,18	0,17	0,17	0,21
Таллий	0,41	0,43	0,49	0,25 (400 0)
Тантал	0,54	0,54	—	—	—
Титан	—	—	0,16	0,15	—
Торий	—	0,41	0,39	0,40	0,45
Уран	—	0,24	0,26	0,31	0,40
Хром	—	0,86	0,85	0,80	0,63
Цинк	1,14	1,13	1,09	1,00	0,56
Цирконий	—	0,21	0,20	0,19	—

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 3131
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

От чего зависит показатель теплопроводности

Рассматривая теплопроводность металлов и сплавов (таблица создана не только для металлов, но и других материалов), следует учитывать, что наиболее важным показателем является коэффициент теплопроводности. Он зависит от нижеприведенных моментов:

1. Типа материала и его химического состава. Теплопроводность железа будет существенно отличаться от соответствующего показателя алюминия, что связано с особенностями кристаллической решетки материалов и их другими свойствами.
2. Коэффициент может изменяться при нагреве или охлаждения металла. При этом изменения могут быть существенными, так как у каждого материала есть своя точка плавления, когда молекулы начинают перестраиваться.

В таблицах для некоторых металлов и сплавов коэффициент теплопроводности указывается уже в жидкой фазе.

Сегодня на практике практически не проводят измерение рассматриваемого показателя. Это связано с тем, что коэффициент теплопроводности при несущественном изменении химического состава остается практически неизменным. Табличные данные применяются при проектировании и выполнении других расчетов.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1132
Источник: https://tokar.guru/metally/teploprovodnost-metallov-i-splavov.html

Когда учитывается

При рассмотрении различных свойств материалов часто уделяется внимание и теплопроводности. Этот показатель важен в нижеприведенных случаях:

1. Когда нужно отвести тепло от объекта. Тепловая энергия может возникать из-за трения. При этом нагрев становится причиной изменения основных свойств металлов и сплавов: прочности и твердости поверхности. Примером назовем конструкцию двигателя внутреннего сгорания. В процессе хода поршня в блоке цилиндров происходит нагрев основных элементов конструкции. Из-за слишком высокого нагрева даже металлы, устойчивые к воздействию высокой температуры, начинают терять прочность и становятся более пластичными. В результате происходит изменение геометрических размеров важных элементов конструкции, и она выходит из строя. Учитывается теплопроводность и при создании режущего инструмента, обшивки самолетов или высокоскоростных поездов.
2. Когда нужно передать тепловую энергию. Центральная система отопления основана на нагреве рабочей среды, которая после подводится к потребителю и происходит передача энергии окружающей среде. Для того чтобы повысить эффективность создаваемой системы трубы, и отопительные радиаторы изготавливаются из металлов, которые способны быстро передавать тепло.
3. Когда нужно изолировать поверхность. Встречается ситуация, когда нужно снизить вероятность нагрева поверхности. Для этого применяются специальные материалы, которые обладают высокими изоляционными качествами. Некоторые металлы и сплавы также обладают отражающими свойствами и не нагреваются, а также не передают тепло. Примером назовем фольгу, которая часто применяется в качестве отражающего экрана. Она также изготавливается из тонкого слоя металла, обладающего низким коэффициентом проводимости.

В заключение отметим, что до развития молекулярно-кинетической теории было принято считать передачу тепловой энергии признаком перетекания гипотетического теплорода. Появление современного оборудования позволило изучить строение материалов и изучить поведение частиц при воздействии высокой температуры. Передача энергии происходит за счет быстрого движения молекул, которые начинают сталкиваться, и приводит в движение другие молекулы, находящиеся в спокойном состоянии.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 2220
Источник: https://tokar.guru/metally/teploprovodnost-metallov-i-splavov.html

Теплопроводность материалов

Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.

Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.

Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.

В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):

• сталь 47—58;
• алюминий 237;
• медь 372,1—385,2;
• бронза 116—186;
• цинк 106—140;
• титан 21,9;
• олово 64,0;
• свинец 35,0;
• железо 80,2;
• латунь 81—116;
• золото 308,2;
• серебро 406,1—418,7.

В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:

• стекловолокно 0,03—0,07;
• стекло 0,6—1,0;
• асбест 0,04;
• дерево 0,13;
• парафин 0,21;
• кирпич 0,80;
• алмаз 2300.

Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.

В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 2816
Источник: https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali

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.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1126
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Коэффициенты теплопередачи сталей

Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.

Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.

Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).

Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).

Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1496
Источник: https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali

Факторы, влияющие на физическую величину

Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.

Температура материала

Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.

С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 3658
Источник: https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali

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.

:

Ещё

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 1684
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 19187
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

1. https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 5941 (31%)
2. https://tokar.guru/metally/teploprovodnost-metallov-i-splavov.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 3352 (17%)
3. https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 9434 (49%)
4. https://infotables.ru/fizika/49-koeffitsient-teploprovodnosti-veshchestv/351-koeffitsient-teploprovodnosti-metally-i-splavy-tablitsa: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 460 (2%)

Периодическая таблица: металлы, неметаллы и металлоиды

2. Образование
3. Наука
4. Химия
5. Периодическая таблица: металлы, неметаллы и металлоиды

Используя периодическую таблицу, вы можете классифицировать элементы по многим параметрам. пути. Один полезный способ — это металлы, неметаллы и металлоиды. Периодическая таблица организована по семьям и периодам.

Металлы

В периодической таблице вы можете видеть ступенчатую линию, начинающуюся с бора (B), атомный номер 5, и вплоть до полония (Po), атомный номер 84.За исключением германия (Ge) и сурьмы (Sb), все элементы слева от этой линии могут быть классифицированы как металлов .

Эти металлы обладают свойствами, которые вы обычно связываете с металлами, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни:

• Они твердые (за исключением ртути, ртути, жидкости).

• Они блестящие, хорошие проводники электричества и тепла.

• Это d uctile (они могут быть вытянуты в тонкие провода).

• Это ковкий (их можно легко забить в очень тонкие листы).

Все эти металлы легко теряют электроны. На следующем рисунке показаны металлы.

Металлы в периодической таблице.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть эту таблицу.

Неметаллы

За исключением элементов, которые граничат с ступенчатой ​​линией, элементы справа от линии классифицируются как неметаллов (вместе с водородом).Неметаллы имеют свойства, противоположные свойствам металлов.

Неметаллы являются хрупкими, не податливыми и не пластичными, плохими проводниками тепла и электричества и имеют тенденцию приобретать электроны в химических реакциях. Некоторые неметаллы являются жидкостями. Эти элементы показаны на следующем рисунке.

Неметаллы в периодической таблице.

Металлоиды

Элементы, которые граничат с ступенчатой ​​линией, классифицируются как металлоидов . Металлоиды, или полуметаллы , обладают свойствами, которые в некоторой степени напоминают металлы и неметаллы.

Металлоиды имеют тенденцию быть экономически важными из-за их уникальных свойств проводимости (они лишь частично проводят электричество), что делает их ценными в индустрии полупроводников и компьютерных чипов. Металлоиды показаны на следующем рисунке.

Металлоиды в периодической таблице.

,

Удельная теплоемкость некоторых распространенных веществ

Удельная теплоемкость некоторых распространенных продуктов приведена в таблице ниже.

См. Также табличные значения для газов, продуктов питания и пищевых продуктов, металлов и полуметаллов, обычных жидкостей и жидкостей и обычных твердых веществ, а также значения молярной удельной теплоемкости для обычных органических веществ и неорганических веществ.

Бериллий 900 31 Пробка 272 272 272 272 272 900 12 Жидкость Полиэтилен Pyroceram 90 027

Вещество	Удельная теплоемкость — с р — (Дж / кг о)
		Ацетали	1460
Воздух сухой (морской) уровень)	1005
Агат	800
Спирт этиловый	2440
Спирт метиловый)	2530
Алюминий	897
Алюминий бронза	436
Глинозем, AL 2 O 3	718
Аммиак жидкий	4700
Аммиак, газ	2060
Сурьма	209
Аргон	520
Мышьяк	348 900 32
Искусственная шерсть	1357
Асбест	816
Асфальт	920
Барий	290
Бариты	460
Бериллиум
Висмут	130
Вес котла	800
Кость	440
Бор	960
Нитрид бора	720
Латунь	375 Латунь	375
Кирпич	840
Бронза	370
Коричневая железная руда	670
Кадмий	234
Кальций	532
C силикат алюминия, CaSiO 3	710
Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированный	1300 — 1500
Ацетат целлюлозы, литой	1260 — 1800
Ацетат целлюлозы, лист	1260 — 2100
Нитрат целлюлозы, целлулоид	1300 — 1700
Мел	750
Древесный уголь	840
Хром	452
Оксид хрома
Глина песчаная	1381
Кобальт	435
Кокс	840
Бетон	880
Константан	410
Медь
2000
Алмаз (углерод)	516
Дуралий	920
Эмери	960
Эпоксидные литые смолы	1000
Огнеупорный кирпич	880
Fluorspar CaF 2	830
Дихлордифторметан R12, жидкость	871
Дихлордифторметан R12, пары	595
Ice (0 9036) 9031 9093 9093 9093 9093 9093 9093 9093 9093 9093 9093
Индия резина	1250
Стекло, корона	670
Стекло, pyrex	753
Стекловата	840
Золото	129
гранит	790 90 032
Графит (углерод)	717
Гипс	1090
Гелий	5193
Водород	14304
Лед, снег (-5 o C)	2090
Слиток железа	490
Йод	218
Иридий	134
Железо	449
Свинец	129
Кожа	1500
Известняк	909
Литий	3582
Люцит	1460
Магний (оксид марганца), MgO	874
	Магний	1050 Магний
Магний а Lloy	1010
Марганец	460
Мрамор	880
Меркурий	140
Слюда	880
Молибден	272	1030
никель	461
азот	1040
нейлон-6	1600
нейлон-66	1700
оливковое масло	1790
Осмий	130
Кислород	918
Палладий	240
Бумага	1336
Парафин	3260
Торф	1900
Перлит	387
Фенольные литые смолы	1250 — 1670
Фенолформальдегидные формовочные смеси	2500 — 6000
Фосфорбонза	360
Фосфор	80032 80032
Пинчбек	380
Каменный уголь	1020
Платинум	133
Плутоний	140
Поликарбонаты	1170 — 1250
Полиэтилен полиэтилен
Полиимидная ароматика	1120
Полиизопреновый натуральный каучук	1880
Твердый полиизопреновый каучук	1380
Полиметилметакрилат	1500
Полипропилен	1920
Полистирол	1300 — 1500
Политетрафторэтиленовая формовочная масса	1000
	Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	1172
1800
Полиуретановый эластомер	1800
Поливинилхлорид ПВХ	840 — 1170
Фарфор	1085
Калий	1000
																																	710
Кварц, SiO 2	730
Кварцевое стекло	700
Красный металл	381
Рений	140
Родий	240
Розин	1300
Рубидий	330
Соль, NaCl	880
Песок, кварц	830
Песчаник	710
Скандий	568
Селен	330
Кремний	705
Карбид кремния	670
Серебро	235 Серебро	2331 235
Шифер	760
Натрий	1260
Почва сухая	800
Почва влажная	1480
Сажа	840
Снег	20 90
Стеатит	830
Сталь	490
Сера, кристалл	700
Тантал	138
Теллур	201
Тор 140
Пиломатериалы из ольхи	1400
Пиломатериалы из ясеня	1600
Пиломатериалы из березы	1900
Пиломатериалы из лиственницы	1400
Пиломатериалы из клена	1600
Пиломатериалы дуб	2400
Пиломатериалы	1300
Пиломатериалы	2500
Пиломатериалы красного бука	1300
Пиломатериалы красные сосны	1500
Пиломатериалы из белой сосны	1500
Пиломатериалы из грецкого ореха	1400
Олово	228
Титан	523
Вольфрам	132
Вольфрамовый каркас	171
Уран	116
Ванадий	500
Вода, чистая жидкость (20 o C)	4182
Вода, пар (27 o C )	1864
Влажная грязь	2512
Древесина	1300 — 2400
Цинк	388

• 1 калория = 4.186 Дж = 0,001 БТЕ / фунт _м ^o F
• 1 кал / грамм C ^o = 4186 Дж / кг ^o C
• 1 Дж / кг C ^o = 10 ^-3 кДж / кг K = 10 ^-3 Дж / г C ^o = 10 ^-6 кДж / г C ^o = 2,389×10 ^-4 БТЕ / (фунт _м ^o F)
  

Для преобразования единиц измерения используйте онлайн-конвертер удельной теплоемкости.

См. Также табличные значения для газов, продуктов питания и пищевых продуктов, металлов и полуметаллов, обычных жидкостей и жидкостей и обычных твердых веществ, а также значения молярной удельной теплоты для обычных органических веществ и неорганических веществ.

Дизайн корпуса электроники для лучшего рассеивания тепла

Создание надежного корпуса для отвода тепла во все более мелких электронных изделиях предоставляет инженерам и дизайнерам широкий выбор. Как можно быстро оценить варианты и, следовательно, выбрать оптимальное решение в соответствии с приложением? Ответ заключается в инженерном моделировании.

Чтобы проиллюстрировать, как теплопередача или тепловое моделирование помогают инженерам-электрикам лучше предвидеть тепловое поведение корпуса электроники, мы провели бесплатный 30-минутный вебинар.Смотрите запись ниже:

Мы протестировали и сравнили несколько вариантов конструкции реалистичной конструкции корпуса промышленного контроллера и определили превосходный вариант конструкции для отвода тепла. Смотреть бесплатно!

Почему важно моделирование?

Необходимость в производстве более безопасных и компактных электронных устройств заставляет инженеров по всему миру создавать необычные проекты. В традиционном процессе проектирования единственным способом обеспечения долговечности нового электронного продукта является выполнение большого количества итераций проектирования, пока не будут выполнены все критерии.Это подразумевает большое количество физических прототипов и длительный и дорогостоящий процесс физического тестирования.

В дополнение к количеству итераций проекта, этап, на котором необходимо внести изменения в проект, также важен; Чем раньше в общем процессе, тем более экономически эффективным может быть изменение конструкции. На более поздней стадии объем возможных изменений дизайна резко сужается, и возможны лишь небольшие, постепенные изменения дизайна.

Конечно, физические тесты не могут (и не должны) быть полностью исключены из процесса проектирования продукта.Физическое и виртуальное прототипирование не являются взаимоисключающими, они дополняют друг друга. Но с помощью компьютерной инженерии (CAE) дни, недели или месяцы физического тестирования заменяются часами или даже минутами симуляции.

Почему SimScale?

Моделирование электронного блока в режиме онлайн на облачной платформе SimScale

Почему еще не все дизайнеры используют симуляцию? Несколько барьеров помешали более широкому внедрению инструментов моделирования инженерами-электриками и проектировщиками — и вот как SimScale стремится бросить вызов этому статус-кво:

Доступность
• . Традиционное программное обеспечение должно быть установлено локально на дорогих высокопроизводительных компьютерах, которые большую часть времени простаивают.С SimScale все вычисления основаны на облаке — все, что нужно, это веб-браузер.
• Эксплуатационные расходы: Стандартные коммерческие программные пакеты моделирования общеизвестно дороги. С SimScale есть возможность начать симуляцию сразу с помощью бесплатного плана сообщества или 14-дневной пробной версии для профессионального плана.
• Ноу-хау: большинство современных инструментов предназначены для экспертов и опытных инженеров-симуляторов. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, SimScale предлагает большую публичную библиотеку проектов, бесплатное обучение и поддержку в режиме реального времени через чат.

---

Загрузите «Электронное охлаждение: полное руководство», чтобы узнать все, что вам нужно знать о современном электронном охлаждении.

---

Инженерная проблема: улучшение тепловыделения в электронике

Основная задача проектирования электронного продукта — управление температурным режимом. Количество выделяемого тепла накапливается внутри корпуса, что может повредить электронные компоненты. Такой перегрев не только снижает ожидаемый срок службы, но также может привести к выходу продукта из строя.Это верно для небольших портативных устройств, контроллеров или более тяжелых наружных устройств. Тепловое поведение таких компонентов всегда требует от дизайнера особого внимания и им нельзя пренебрегать.

Один из лучших подходов, которые дизайнер может использовать для преодоления этой проблемы, — это провести тепловое моделирование на корпусе электроники до того, как будет изготовлен фактический продукт. Это моделирование может помочь найти ответы на многие важные вопросы: Насколько эффективна система охлаждения? Какие возможные изменения дизайна должны быть реализованы? Как выбранный материал влияет на теплообмен? И многое другое, в зависимости от характера вашего продукта.

К общим элементам конструкции, направленным на повышение теплопередающих возможностей электроники посредством проводимости, относятся [1]:

• Тепловой материал интерфейса (TIM)
  Эти материалы используются в качестве наполнителей в зазорах между источником тепла и радиаторами. Они обычно имеют более высокую теплопроводность и помогают эффективно управлять теплопередачей через систему.
• Радиатор
  Радиаторы — это металлические компоненты, которые находятся в контакте с источником тепла для отвода тепла в основном за счет проводимости, а иногда и за счет конвекции или излучения.Обычно алюминий или медь используются в качестве теплоотводящих материалов, поскольку теплопроводность таких металлов относительно высока и прямо пропорциональна их эффективности рассеивания тепла. Поскольку теплообмен происходит через поверхности, радиаторы специально разработаны в различных формах для обеспечения больших площадей поверхности.
• Тепловые трубки
  Тепловые трубки представляют собой герметичные медные или алюминиевые трубы или трубки, содержащие жидкость. Жидкость поглощает тепло от горячих поверхностей, кипит и переходит в парообразное состояние.
• Термоэлектрические модули
  Термоэлектрические модули — это устройства, в которых используется эффект Пельтье, который нагревает или охлаждает компоненты в зависимости от приложения тока к устройству. Они всегда используются вместе с радиатором, без которого устройство может перегреться и выйти из строя.
• Термопаста или адгезивы
  Теплопроводящие адгезивы или консистентная смазка — еще один уникальный метод теплопередачи. Одним из основных преимуществ является то, что они связывают компоненты, которые не могут быть связаны механически.

Как видно, дизайнеру есть из чего выбирать. Однако нелегко определить правильную комбинацию компонентов для обеспечения надежного и эффективного отвода тепла при сохранении максимально компактного изделия. Приведенный ниже пример иллюстрирует, как моделирование может быть удобным инструментом, который поможет вам предсказать производительность продукта и принять умные решения по проектированию.

Проект по моделированию электроники

: обзор

Цель этого проекта — выполнить тепловое моделирование ВЭД на корпусе электроники без необходимости анализа сопряженного теплообмена.Этот проект теплового моделирования является частью библиотеки публичных проектов SimScale и находится в свободном доступе для просмотра, копирования и изменения. Рассматриваются три варианта дизайна реалистичной промышленной конструкции корпуса контроллера:

Приведенные выше геометрии CAD представляют собой полную сборку контроллера, который включает в себя печатную плату (PCB), микросхемы в качестве источника тепла и корпус. Конструкция 1 (слева) представляет собой базовую конструкцию с силиконовыми чипами и алюминиевым корпусом.В конструкции 2 (в центре) внутри системы установлен радиатор, а в конструкции 3 (слева) — радиатор, медная тепловая трубка и силиконовые термоподушки. Давайте посмотрим, как они работают по сравнению друг с другом.

Simulation Setup

Пошаговая настройка имитации подробно описана ниже:

Шаг 1. Для анализа распределения температуры и теплового потока по всему телу выбран линейный переходный анализ теплопередачи.

Шаг 2. Сетка с доминирующим типом элементов используется с локальными уточнениями сетки. Алгоритм с преобладанием тет-доминирования используется для построения сетки всей геометрии. Кроме того, локальные уточнения сетки применяются к интересующим областям, таким как контакт и мелкие грани. Это гарантирует, что соответствующие элементы не повреждены и дают точные результаты. На рисунке ниже показана сетчатая геометрия с уточнениями.

Автоматическая настройка сетки средней тонкости применяется к объемам стружки, а тонкая сетка применяется к остальным граням корпуса.

Шаг 3. По завершении сцепления точки соприкосновения ограничиваются использованием условий связанного контакта между печатной платой (PCB) и микросхемами, микросхемами и радиаторами, а также PCB и корпусами. После этого материалы определены. Свойства материала, относящиеся к следующим компонентам, показаны в таблице ниже с их соответствующей плотностью, удельной теплоемкостью и проводимостью.

Компонент	Материал	Плотность кг / м3	Удельная теплоемкость [Дж / (кг К)]	Проводимость [Вт / (м К)]
PCB	FR-4	1850	600	0.3
Чипсы	Кремний	2330	705	0,2
Радиатор	Медь	8960	385	401
Корпус	Алюминий	2700	897	235

Шаг 4. Затем граничные условия устанавливаются с помощью объемного источника тепла, который подается в качестве тепловой нагрузки на электронные микросхемы и конвективного теплового потока на внешние поверхности.

Результаты теплового моделирования: увеличение рассеивания тепла на 95,8%

Отображение распределения температуры и теплового потока для всех трех случаев:

Распределение температуры

Конструкция 1. Без радиатора; Конструкция 2. С радиатором; Конструкция 3. С радиатором, медной тепловой трубкой, силиконовыми термоподушками

Распределение теплового потока

Дизайн 1. Без радиатора; Конструкция 2. С радиатором; Конструкция 3. С радиатором, медной тепловой трубкой, силиконовыми термоподушками

Из результатов моделирования, приведенных выше, видно, что чипы очень сильно нагреваются (715 К) в конструкции 1 из-за отсутствия рассеивающего тепло материала.Отвод тепла здесь происходит в основном за счет материала алюминиевого корпуса, а кремниевые чипы явно перегреваются. В то же время радиатор в конструкции 2 помогает отводить тепло от микросхем. Теплоотдача здесь на 12,6% выше по сравнению с конструкцией 1 (подробные числовые результаты см. На диаграммах ниже).

Добавление высокопроводящих материалов с низким коэффициентом конвективного теплообмена (медная тепловая труба в исполнении 3) значительно повысило эффективность теплопередачи.Хотя материалы тепловых интерфейсов (кремниевые тепловые прокладки в дизайне 3) дороги, создание контактных слоев между микросхемами и радиатором повышает тепловую связь между деталями и рассеивает тепло еще быстрее и эффективнее — в результате теплоотдача составляет 95,8% ( !) выше в дизайне 3.

Максимальные значения температуры и теплового потока приведены в таблице ниже:

Дизайн	Конфигурация	Макс. Температура (К)	Макс. Тепловой поток (Вт / м2)
Дизайн 1	Без радиатора	712	1.18e + 05
Дизайн 2	С радиатором	355	1,35e + 05
Дизайн 3	С радиатором + TIM + тепловая труба	346	2,82e + 06

Потенциальные дальнейшие усовершенствования конструкции, которые можно было бы исследовать с помощью моделирования, например, с использованием алюминиевого радиатора — который дешевле и почти на 60% легче меди — или других TIM с различной толщиной.Используйте этот бесплатный шаблон проекта, если вы заинтересованы в том, как эти изменения дизайна повлияют на производительность этого проекта.

Заключение

Очевидно, что выбор соответствующих компонентов и материалов для теплопроводности в электронике является одним из ключевых конструктивных решений. Например, медь имеет теплопроводность в 1,8 раза выше, чем алюминий. Кроме того, медные тепловые трубки могут также увеличить теплопроводность, намного больше, чем медные радиаторы.В то же время выбор алюминия также может быть оправдан, поскольку он дешевле и легче, что повышает долговечность и эффективность электронных компонентов.

Это только один пример того, как тепловое моделирование может помочь дизайнерам или инженерам оценить их конструкцию с помощью моделирования. Библиотека публичных проектов SimScale имеет широкий выбор шаблонов моделирования, охватывающих различные аспекты моделирования электроники и конструкции радиатора, включая тепловое сопротивление, энергоэффективность, управление охлаждением и рассеивание тепла.

Несмотря на значительное снижение стоимости производства электронных плат и прототипов корпусов для устройств, все еще остается сложной и трудоемкой задачей для анализа тепловых характеристик новой конструкции. Загрузите этот бесплатный пример, чтобы узнать, как тепловые характеристики печатной платы были исследованы с помощью SimScale.

Ссылки

• Дэвис, Сэм. ИНЖЕНЕРНЫЕ СУЩЕСТВА — умелое управление тепловым режимом помогает победить. Оптимизация нагрева теплового контроля значительно повысит надежность электронной системы.Электронный дизайн 55.21 (2007): 41-46
• Терморегулирование (электроника), https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_management_(electronics)

---

,

Металлы, металлоиды и неметаллы — группы классификации элементов

Элементы периодической таблицы можно разбить на три различные группы: металлы, металлоиды и неметаллы.

В этой периодической таблице показаны три различные группы элементов. Металлоидная группа отделяет металлы от неметаллов. Элементы слева — это металлы, а неметаллы — справа. Исключение составляет элемент водород. Водород обладает свойствами неметалла при нормальных температурах и давлениях и щелочного металла при чрезвычайно высоком давлении.

В некоторых периодических таблицах есть зигзагообразная линия, чтобы различать металлы и металлоиды. Линия начинается ниже бора (B) и проходит между висмутом (Bi) и полонием (Po) или внизу между печеночным морием (Lv) и теннессином (Ts). В действительности металлы около линии часто проявляют неметаллические свойства, а неметаллы имеют металлический характер.

Свойства металлов

Большинство элементов — металлы. Металлы включают группы щелочных, щелочноземельных, переходных металлов, основных металлов, лантаноидов и актинидов.Металлы имеют следующие свойства:

• Твердые при комнатной температуре (за исключением ртути)
• Обычно блестящие, с металлическим блеском
• Высокая температура плавления
• Хороший проводник тепла
• Хороший проводник электричества
• Податливый — способный для дробления в листы
• Пластик — может быть вытянут в проволоку
• Высокая плотность (исключения: литий, калий и натрий)
• Разъедание в воздухе или морской воде
• Потеря электронов в реакциях

Свойства металлоидов или полуметаллов

Металлоиды или полуметаллы обладают некоторыми свойствами металлов и некоторых неметаллов.Металлоиды обычно имеют несколько форм или аллотропов с очень разными свойствами. Характеристики металлоидов включают:

• Может быть тусклым или блестящим
• Проводить тепло и электричество, но не так хорошо, как металлы
• Хорошие полупроводники
• Обычно податливые
• Обычно податливые
• Могут как получать, так и терять электроны в реакциях

Свойства неметаллов

Неметаллы включают неметаллическую группу элементов, а также галогены и благородные газы.Свойства неметаллов включают в себя:

• Тусклый, не блестящий
• Плохой проводник тепла
• Плохой проводник электричества
• Не податливый и не пластичный, обычно хрупкий
• Меньшая плотность (по сравнению с металлами)
• Меньшая температура плавления и кипения баллов (по сравнению с металлами)
• Получите электроны в реакциях

.