Milyen hővezető képességet mér
A W/(m·K) watt per méter kelvinben kifejezett hővezető képesség azt mutatja meg, hogy adott hőmérséklet-különbség mellett mennyi hő keresztezi az anyag egységnyi vastagságát. Ez az egyetlen legfontosabb anyagtulajdonság a fal-vastagsági tagjában bármely hőátadási-számításnál, mert ez határozza meg, hogy a hőáramlással szembeni teljes ellenállás mekkora része származik magából a fémből, nem pedig a két folyadékfilmből.
A kovácsolt sárgarézeknél a tulajdonság szobahőmérsékleten nagyjából 109-170 W/(m·K) tartományba esik. Ez a családot jóval a szénacél és a rozsdamentes acél fölé helyezi, és az ötvözetlen réz alá. A sávon belüli terjedés nem véletlen: szinte teljes mértékben az határozza meg, hogy mennyi cinket és hány egyéb elemet adtak a rézrácshoz.
Tipikus hővezetőképességi értékek fokozatonként
| Fokozat | Névleges összetétel | Hővezetőképesség 20 fokon, W/(m·K) |
|---|---|---|
| C11000 ETP réz | 99,90 % Cu | 388 |
| C23000 vörös sárgaréz | 85 % Cu, 15 % Zn | 159 |
| C26000 kazettás sárgaréz | 70 % Cu, 30 % Zn | 121 |
| C36000 ingyen{1}}vágó sárgaréz | 61,5% Cu, 35,5% Zn, 3% Pb | 115 |
| C44300 admiralitás sárgaréz | 71 % Cu, 28 % Zn, 1 % Sn | 109 |
| C70600 réz-nikkel 90/10 | Cu, 10% Ni, 1,3% Fe | 45 |
Az értékek körülbelül 20 fokos izzított állapotban kovácsolt anyagokra vonatkoznak. Ezeket az alakokat általában az előzetes tervezéshez használják; ahol a feladat kritikus, a tényleges hőre vonatkozó malomtanúsítványt a szolgáltatási tartománynak megfelelő hőmérséklet-korrekcióval együtt kell használni.
Mi szabályozza az értéket
Cink tartalom.A szilárd oldatban lévő cink szétszórja a hőt hordozó elektronokat a rézben. A cink minden további százaléka csökkenti a hővezető képességet, ezért a 85/15 vörös sárgaréz nagyjából 30%-kal vezetőbb, mint a 70/30 kazettás sárgaréz.
Ón, arzén és alumínium.Ezeket az elemeket a korrózióállóság és a szilárdság érdekében adják hozzá, és mindegyik tovább csökkenti a vezetőképességet. Az 1% ónt és nyomokban arzént tartalmazó Admiralty sárgaréz a kovácsolt rézszalag alján helyezkedik el.
Ólom.Az ingyenesen{0}}vágó sárgarézekhez ólmot adnak a megmunkálhatóság érdekében. Vezetőképességre gyakorolt hatása szerény a gyakorlatban alkalmazott 2-3%-os szinteken.
Hideg munka.A hidegredukció jelentősen megváltoztatja a mechanikai tulajdonságokat és az elektromos ellenállást, de a hővezető képességre gyakorolt hatása csekély a kereskedelemben előforduló feszültségekhez képest.
Hőmérséklet.A rézötvözetek normál üzemi tartományán, nagyjából -50 és 200 fok között a hőmérsékletnek csak szerény hatása van, és a szobahőmérséklet értéke megfelelő a legtöbb műszaki becsléshez.
Az elektromos vezetőképesség mint gyors kereszt{0}}ellenőrzés
A hőt és az elektromos töltést főként szabad elektronok hordozzák, így a két tulajdonság együtt mozog ugyanabban az ötvözetcsaládban. Egy kovácsolt sárgaréz, mint például a C26000, körülbelül 28%-os IACS elektromos vezetőképességgel, hővezető képessége közel 121 W/(m·K). A C44300 nagyjából 26%-os IACS mellett körülbelül 109 W/(m·K) értékre esik. A tisztátalan, oxidált vagy erősen megmunkált anyag elveszíti mindkét tulajdonságát együtt.
Ez a kapcsolat hasznos a vásárlásnál. Ha egy adatlap olyan hővezető képességet említ, amely nem egyeztethető össze az ugyanazon az oldalon megadott elektromos vezetőképességgel, akkor a két ábra egyikét hibásan másolták le, és az anyagot nem szabad termikusan kritikus alkalmazásra elfogadni mindaddig, amíg a malomtanúsítványt újra nem ellenőrizték a vonatkozó szabvány szerint.
Ahol az ingatlan dönt a tervezésről
Hőcserélő és kondenzátor csövek.A rézötvözeteket pontosan azért használják, mert vezetőképességük alacsonyan tartja a falellenállást a vízoldali fóliához viszonyítva{0}}, így kompakt héjak és kevesebb csövet tesznek lehetővé.
Radiátorok és hőelosztók.Itt a nagy vezetőképesség a hőt oldalirányban szétteríti, így kis bordafelület használható; a piros sárgaréz és a kazettás sárgaréz gyakori választás.
HVAC és hűtés.A sárgaréz cső- és szeleptestek gyors, egyenletes hőátadást és a cink által hozzáadott szilárdságot élveznek.
Elektromos csatlakozók és gyűjtősín.A vezetőképességet és az áramtartó képességet{0}}egyensúlyban kell tartani a sárgaréz szilárdságával és kopásállóságával.
Gyakorlati kiválasztási megjegyzések
A vezetőképességet egy halmaz egyetlen tulajdonságaként kell kezelni, nem önmagában a célként. A pusztán a vezetőképessége miatt választott minőség túl puhának bizonyulhat az érintett terhelésekhez, vagy túlságosan hajlamos a víz cinktelenedésére. A tipikus gyakorlat az, hogy először korrózió, szilárdság és alakíthatóság alapján választják ki az ötvözetet, majd ellenőrzik, hogy a hővezető képesség még elfogadható felülettel megfelel-e a hőátadási kötelezettségnek.
Két további szempontot érdemes megjegyezni. Először is, egy hőcserélő üzembe helyezése után általában a felületi szennyeződés és a vízkő uralja a hőátadást, így a két ötvözet fémvezető képességében mutatkozó kis különbség ritkán indokolja a tervezés megváltoztatását. Másodszor, mivel a sárgarézek vezetőképességükben háromszor különböznek a réztől, a réz sárgarézre cseréje egy termikusan kritikus alkatrész esetében valódi mérnöki döntés, nem pedig egyszerű anyagcsere.
GYIK
K: Mi a sárgaréz hővezető képessége?
A kovácsolt sárgarézeknél az érték általában körülbelül 109 és 170 W/(m·K) között van szobahőmérsékleten. A pontos szám az összetételtől függ: a felső végén magas-rézvörös sárgarézek, az alsó végén pedig a bádog-admiralitású sárgarézek találhatók.
K: Melyik sárgaréznek a legmagasabb a hővezető képessége?
A sárgaréz családon belül a magas-réztartalmú és alacsony-cinktartalmú anyagok vezetik a legjobban a hőt. A C23000 vörös sárgaréz 85 % réztartalommal körülbelül 159 W/(m·K), észrevehetően jobb, mint a 70/30 kazettás sárgaréz körülbelül 121 W/(m·K) mellett.
K: A cink csökkenti a sárgaréz hővezető képességét?
Igen. A rézrácsban oldott cink szétszórja a vezetési elektronokat, így a cink minden egyes százaléka csökkenti a hővezetőképességet és az elektromos vezetőképességet is.
K: Hogyan viszonyul a sárgaréz a rézhez a hőátadás szempontjából?
Az ETP réz körülbelül 388 W/(m·K) mellett több mint háromszor olyan vezető, mint a kazettás sárgaréz. Ennek ellenére a sárgaréz előnyben részesítik sok alkatrészt, mert erősebb, jobban megmunkálható és olcsóbb, ami gyakran többet számít, mint a vezetőképesség különbség.
K: Hogyan konvertálhatom át az angolszász vezetőképesség mértékegységeit W/(m·K)-re?
Megszorozzuk a Btu·ft/(ft²·h·° F) értéket 1,7307-tel, hogy megkapjuk a W/(m·K) értéket. Az ellenőrzés egyszerű: a 121 W/(m·K) körülbelül 70 Btu·ft/(ft²·h· fok F), a 70/30-as kazettás sárgarézre általában megadott érték.
K: Befolyásolja-e a sárgaréz hővezető képességét a hidegmegmunkálás?
Csak kicsit. A hideg redukció növeli a szilárdságot és az elektromos ellenállást, de kis mértékben megváltoztatja a hővezető képességet a kereskedelmi hőmérsékleti szinteken, ezért általában az izzított értéket használják a tervezési számításokhoz.
