- Немного о теплопроводности
- Теплопроводность стали и других сплавов: меди, латуни и алюминия, теплопередача
- Показатели для стали
- Влияние концентрации углерода
- Значение в быту и производстве
- Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов
- От чего зависит показатель теплопроводности
- Что лучше проводит тепло алюминий или медь
- Как выбрать радиатор отопления: советы специалистов
- Алюминиевые радиаторы имеют малый вес
- Алюминий — коррозионностойкий материал
- Алюминий хорошо проводит тепло
- Алюминиевые радиаторы имеют широкий диапазон конструкций и цветов
- Нержавеющая сталь
- Эффективность
- Внешний вид
- Цена радиаторов
- Алюминий
- Качество
- Высокая теплопроводность
- Теплопроводность меди и алюминия таблица
- Превосходство алюминия над медью для ЛЭП
- 1. Вес
- Что быстрее нагреется медь или алюминий
- Алюминий и медь – что лучше?
- Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
- Влияние концентрации углерода
- Методы изучения параметров теплопроводности
- 2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
- Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
- Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов
- Свойства меди Cu: теплопроводность и плотность меди
- Удельная теплоемкость цветных сплавов
- Применение
- Схемы подключения радиаторов
- Радиаторы с нижним подключением
- Батареи отопления с боковым подключением
- Вариант №1. Диагональное подключение
- Вариант №2. Одностороннее
- Вариант №3. Нижнее или седельное подключение
- Устройство
Немного о теплопроводности
В физике под теплопроводностью понимается движение энергии в объекте от самых маленьких, наиболее нагретых до наименее нагретых частиц. Благодаря этому процессу температура рассматриваемого объекта в целом выравнивается. Величина способности проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Этот параметр равен количеству тепла, которое материал толщиной 1 метр пропускает через себя через поверхность 1 м2 за одну секунду при единичной разнице температур.
Материал | Коэффициент теплопроводности, Вт / (м * К) |
Серебряный | 428 |
Медь | 394 |
Алюминий | 220 |
Железо | 74 |
Сталь | 45 |
Проводить | 35 год |
Кирпич | 0,77 |
Медь имеет теплопроводность 394 Вт / (м * К) при температуре от 20 до 100 ° С. С ней может конкурировать только серебро. А для стали и чугуна этот показатель соответственно в 9 и 6 раз ниже (см. Таблицу). Следует отметить, что теплопроводность изделий из меди во многом зависит от примесей (впрочем, это касается и других металлов). Например, скорость теплопроводности снижается, если такие вещества, как:
- железо;
- мышьяк;
- кислород;
- селен;
- алюминий;
- сурьма;
- фосфор;
- сера.
Медная проволока
Если добавить в медь цинк, получится латунь, которая имеет гораздо меньшую теплопроводность. При этом добавление в медь других веществ позволяет значительно удешевить готовую продукцию и придать ей такие характеристики, как прочность и износостойкость. Например, латунь отличается более высокими технологическими, механическими и антифрикционными свойствами.
Поскольку высокая теплопроводность характеризуется быстрой диффузией тепловой энергии по всему объекту, медь широко используется в системах теплопередачи. На данный момент производятся радиаторы и трубы для холодильников, вытяжных систем и автомобилей для быстрого отвода тепла. Кроме того, медные элементы используются в системах отопления, но уже для отопления.
Радиатор отопления медный
Чтобы сохранить высокую теплопроводность металла (и, следовательно, сделать работу медных устройств максимально эффективной), во всех системах теплообмена используется принудительный обдув через вентиляторы. Такое решение связано с тем, что с повышением температуры среды теплопроводность любого материала значительно снижается, так как теплоотдача замедляется.
Теплопроводность стали и других сплавов: меди, латуни и алюминия, теплопередача
Прежде чем работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию об их основных характеристиках.
Сталь — наиболее распространенный металл, используемый в различных отраслях промышленности.
Его важным показателем можно назвать теплопроводность, которая колеблется в широких пределах, зависит от химического состава материала и многих других показателей.
Этот термин относится к способности различных материалов обмениваться энергией, которая в данном случае представлена теплом. В этом случае передача энергии происходит от более теплой части к холодной и происходит за счет:
- Молекулы.
- Атомы.
- Электроны и другие частицы металлической структуры.
Теплопроводность нержавеющей стали будет значительно отличаться от теплопроводности других металлов, например, теплопроводность меди будет отличаться от теплопроводности стали.
Для обозначения этого показателя используется специальное значение, называемое коэффициентом теплопроводности. Он характеризуется количеством тепла, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.
Показатели для стали
Теплопроводность может сильно различаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент этого значения для стали и меди будет разным. Кроме того, с увеличением или уменьшением концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.
Есть и другие особенности теплопроводности:
- Для стали, не содержащей примесей, это значение составляет 70 Вт / (м * К).
- Углеродистые и высоколегированные стали имеют гораздо меньшую проводимость. За счет увеличения концентрации примесей она значительно снижается.
- Сам тепловой эффект тоже может повлиять на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет свою проводимость, что связано с изменением кристаллической решетки.
Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше из-за меньшей плотности этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от стали.
Влияние концентрации углерода
Концентрация углерода в стали влияет на скорость теплопередачи:
- Низкоуглеродистые стали имеют высокий индекс проводимости. Именно поэтому их используют при изготовлении труб, которые затем используются для создания трубопровода для системы отопления. Значение коэффициента варьируется в диапазоне от 54 до 47 Вт / (м * К).
- Средний коэффициент для обычных углеродистых сталей составляет от 50 до 90 Вт / (м * К). Именно поэтому этот материал используется при изготовлении деталей для различных механизмов.
- Для металлов, не содержащих различных примесей, коэффициент равен 64 Вт / (м * К). При нагревании эта величина меняется незначительно.
Следовательно, рассматриваемый показатель для легированных сплавов может варьироваться в зависимости от рабочей температуры.
Значение в быту и производстве
Почему так важно учитывать коэффициент теплопроводности? Аналогичное значение указано в разных таблицах для каждого металла и учитывается в следующих случаях:
- При производстве различных теплообменников. Тепло — один из важнейших энергоносителей. Применяется для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и других помещениях. При создании радиаторов и отопительных котлов важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
- При производстве отклоняющих элементов. Часто можно столкнуться с ситуацией, когда необходимо проводить не подвод тепла, а отвод. Примером может служить отвод тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Чтобы металл не терял своих основных эксплуатационных свойств, предусмотрен быстрый отвод тепловой энергии.
- При создании изоляционных слоев. В некоторых случаях материал не должен передавать тепловую энергию. Для таких условий эксплуатации выбирается металл, имеющий невысокий коэффициент теплопроводности.
Рассматриваемый показатель определяется при тестировании в различных условиях. Как отмечалось ранее, коэффициент теплопроводности может зависеть от рабочей температуры. Поэтому в таблицах указаны многие его значения.
Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов
В таблице приведены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температур от 0 до 600 ° C.
Металлы и сплавы цветных металлов: никель Ni, монель, нихром; никелевые сплавы (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; сплавы магния (по ГОСТ 2856-68), электронов, платино-родиевых; мягкие сплавы (по ГОСТ 1499-70): чистое олово, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, розовый сплав, древесный сплав.
По таблице видно, что сплавы магния и никеля обладают высокой теплопроводностью (при комнатной температуре). Низкая теплопроводность характерна для нихрома, инвара и сплава Вуда.
От чего зависит показатель теплопроводности
Изучая способность передавать тепло от металлических изделий, было выявлено, что теплопроводность зависит от:
- вид металла;
- химический состав;
- пористость;
- размер.
Металлы имеют другую структуру кристаллической решетки, и это может изменить теплопроводность материала. Так, например, в стали и алюминии структурные характеристики микрочастиц по-разному влияют на скорость передачи тепловой энергии через них.
Коэффициент теплопроводности может принимать разные значения для одного и того же металла в зависимости от температуры воздействия. Это связано с тем, что степень плавления у разных металлов разная, а это значит, что при других параметрах окружающей среды свойства материалов также будут разными, и это повлияет на теплопроводность.
Что лучше проводит тепло алюминий или медь
Сегодня радиаторы изготавливаются из самых разных материалов, наиболее распространенными из которых являются сталь, нержавеющая сталь и алюминий.
Всегда есть сомнения, какой радиатор выбрать для установки в доме? Конечно, это зависит от личного вкуса, а также от требований, которые вы предъявляете к качеству отопления помещений.
Алюминий на сегодняшний день является наиболее экологичным материалом и имеет множество преимуществ.
Как выбрать радиатор отопления: советы специалистов
В этой статье мы не будем рассматривать чугунные радиаторы, потому что они теряют популярность среди покупателей.
Остановимся на самых популярных моделях.
В материале подробно расскажут о преимуществах алюминиевых и стальных аккумуляторов.
Алюминиевые радиаторы имеют малый вес
Алюминиевые радиаторы легче традиционных стальных или чугунных радиаторов, что дает возможность разместить такой радиатор на любой стене в помещении.
Алюминиевые батареи можно повесить на стену даже в тех случаях, когда их толщина не позволяет закрепить их глубоко.
Это позволяет существенно сэкономить на расходах на оплату строительных работ, так как их можно очень быстро и надежно повесить.
Алюминий — коррозионностойкий материал
Алюминий не подвержен коррозии, что делает его идеальным материалом для установки радиаторов в таких помещениях, как ванные комнаты и кухни, с высокой влажностью.
Алюминий хорошо проводит тепло
Алюминий быстро нагревается, что делает его отличным проводником тепла.
Алюминиевые радиаторы имеют низкое содержание воды, а это значит, что после включения такие устройства дают интенсивную волну тепла и довольно быстро нагревают помещение.
Установив алюминиевые радиаторы, можно быстро достичь необходимой температуры в помещениях, так как они имеют самое короткое время отклика.
Основным преимуществом является значительная экономия на расходах на электроэнергию в отопительный сезон и, как большое преимущество, экономия денег, поскольку алюминиевые радиаторы можно выключить во время вашего отсутствия из дома, а когда вы придете домой, включите и получите быстро теплый дом, не дожидаясь долгого ожидания.
Алюминиевые радиаторы имеют широкий диапазон конструкций и цветов
распространено мнение, что эффективное тепло не может быть красивым и оригинальным. К счастью, прошли те времена, когда дизайн уступал место превосходным характеристикам.
Алюминиевые радиаторы имеют широкий спектр исполнений и предлагают достойный выбор даже самому требовательному покупателю.
Вы можете выбрать свой цвет отделки, который будет идеально соответствовать стилю вашего дома, форма радиатора будет на все сто процентов гармонировать с атмосферой вашего дома или офиса.
Нержавеющая сталь
Использование стали для изготовления теплообменников позволяет получать долговечные изделия, которые в основном используются для индивидуальных систем отопления домов и коттеджей.
Благодаря возможности контролировать качество теплоносителя и давление в системе, стальные приборы станут отличным выбором для автономных систем отопления.
При условии качественного теплоносителя и умеренного давления рабочего тела такие устройства прослужат более 30 лет.
Стальные радиаторы имеют низкую тепловую инерцию, а значит, проблем с резкими перепадами температуры в помещении не возникнет. Помимо низкой тепловой инерции, стальные радиаторы имеют и другие преимущества:
Эффективность
Нержавеющая сталь легко проводит тепло, что делает стальной радиатор достаточно эффективным.
Даже если вы выключите систему центрального отопления, сталь будет удерживать тепло дольше, чем другие материалы, поэтому в вашем доме будет тепло немного дольше. Это экономит затраты на электроэнергию.
Внешний вид
Стальная отделка очень привлекательна и проста в уходе.
Цена радиаторов
Сталь на данный момент не самый дешевый вариант, поэтому за стальной радиатор придется заплатить изрядную сумму.
Алюминий
Наряду с биметаллическими радиаторами один из самых популярных на сегодняшний день видов теплообменников имеет численные преимущества.
Теплообменники из алюминиевого сплава можно найти практически в каждой комнате, от небольших квартир до больших офисов.
Среди недостатков можно отметить склонность к внутренней коррозии, появления которой можно избежать, применив специально подготовленную охлаждающую жидкость.
Алюминиевые радиаторы характеризуются:
Качество
Алюминий полностью не подвержен коррозии, поэтому вы не найдете лучшего варианта, чем алюминиевый радиатор для установки в ванной. Его качество будет радовать вас долгие годы.
Высокая теплопроводность
По эффективности теплопередачи алюминий не сравним с другими материалами.
Алюминий обладает способностью очень быстро реагировать на изменения в окружающей среде, что дает оптимальные возможности для управления теплом в доме.
Уровень комфорта в вашем доме или офисе значительно повысится.
Теплопроводность меди и алюминия таблица
Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность — это молекулярная передача тепла между телами или частицами одного и того же тела, находящимися в прямом контакте с разными температурами, при которых возникает энергия движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Проще говоря, теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Если внутри тела есть разница температур, тепловая энергия передается от самой теплой части к самой холодной.
Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Так происходит до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой.
Этот процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.
На практике, например, в зданиях для теплоизоляции зданий рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии.
Возьмем для примера «абстрактный дом». В «абстрактном доме» есть обогреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 ° C.
На улице температура тоже постоянная, например 0 ° С. Вполне понятно, что если выключить отопление, через некоторое время в доме тоже будет 0 ° С.
Чтобы поддерживать температуру в птичнике на уровне 25 ° C, обогреватель должен работать постоянно. Обогреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены наружу.
Превосходство алюминия над медью для ЛЭП
Но алюминий вообще не изъяли: из этого металла по-прежнему делают воздушные линии электропередачи. Так есть ли у него преимущества? Конечно!
1. Вес
Вес во многом определяется плотностью металла. Чем выше плотность, тем проводник тяжелее. Плотность меди — 8900 кг / м3, алюминия — 2700 кг / м3. То есть при том же объеме медная проволока будет весить в 3,3 раза больше, чем алюминиевая. Для домашней электропроводки это не критично, так как провод находится в пазах, а для воздушных линий электропередачи это важный показатель. Именно поэтому для воздушных линий электропередачи используют алюминиевый провод.
Что быстрее нагреется медь или алюминий
Какой радиатор лучше установить? Думаю, каждый из нас задавал один и тот же вопрос, приходя на рынок или в магазин запчастей, рассматривая огромный выбор радиаторов на любой вкус, удовлетворяющий даже самого извращенного привередника. Вам нужна двухрядная, трехрядная, большая, меньшая, большая секция с мелкой, алюминиевая, медная. Именно из этого металла сделан радиатор и пойдет речь.
Некоторые считают, что это медь. Это первобытные старообрядцы, как их назвали бы в 17 веке. Да, если не попадаются новые автомобили 20 века, везде установлены медные радиаторы. Независимо от марки и модели, будь то бюджетная микролитражка или многотонный тяжеловоз. Но есть и другая армия автовладельцев, которые утверждают, что алюминиевые радиаторы лучше медных. Потому что они устанавливаются на новые современные автомобили, на тяжелые двигатели, требующие качественного охлаждения.
И самое интересное, что у них все нормально. Конечно, у них обоих есть свои плюсы и минусы. А теперь небольшой урок физики. Самым отличным показателем, на мой взгляд, являются цифры, то есть коэффициент теплопроводности. Проще говоря, это способность вещества передавать тепловую энергию от одного вещества к другому. Те у нас охлаждающая жидкость, N-металлический радиатор и атмосферник. Теоретически, чем выше коэффициент, тем быстрее радиатор будет забирать тепловую энергию от теплоносителя и быстрее выделять ее в окружающую среду.
Так, теплопроводность меди составляет 401 Вт / (м * К), а алюминия — от 202 до 236 Вт / (м * К). Но это в идеальных условиях. Казалось бы, медь в этом споре выиграла, но для медных радиаторов это «+1». Теперь, помимо всего прочего, необходимо рассмотреть собственно конструкцию самих радиаторов.
Медные трубы в основании радиатора, а также медные полосы воздухоохладителя для передачи получаемого тепла в окружающую среду. Большие сотовые ячейки радиатора уменьшают потерю воздушного потока и позволяют перекачивать большой объем воздуха за единицу времени. Слишком низкая концентрация полосовой части радиатора снижает эффективность теплопередачи и увеличивает концентрацию и силу местного нагрева радиатора.
Я нашел два типа радиаторов на основе алюминиевых и стальных трубок. Вот еще одна немаловажная деталь, т.к теплопроводность стали очень мала по сравнению с алюминием, всего 47 Вт / (м * К). И на самом деле именно из-за большой разницы показателей устанавливать алюминиевые радиаторы со стальными трубами уже не стоит. Хотя они прочнее чистого алюминия и снижают риск утечки высокого давления, например, при застревании клапана в крышке расширительного бачка. Высокая концентрация алюминиевых пластин на трубах увеличивает площадь обдуваемого воздухом радиатора, тем самым повышая его эффективность, но в то же время увеличивает сопротивление воздушного потока и уменьшает объем перекачиваемого воздуха.
Алюминий и медь – что лучше?
У алюминия есть недостаток по сравнению с медью — его теплопроводность в 1,5 раза ниже, то есть 201-235 Вт / (м * К). Однако по сравнению с другими металлами это довольно высокие значения. Алюминий, как и медь, обладает высокими антикоррозионными свойствами. Кроме того, у него есть такие преимущества, как:
- низкая плотность (удельный вес в 3 раза ниже, чем у меди);
- невысокая стоимость (в 3,5 раза меньше меди).
Радиатор отопления алюминиевый
Благодаря несложным расчетам получается, что алюминиевая деталь может быть почти в 10 раз дешевле медной, потому что она намного меньше весит и изготовлена из более дешевого материала. Этот факт, вместе с высокой теплопроводностью, позволяет использовать алюминий в качестве материала для посуды и пищевой пленки для духовок. Основным недостатком алюминия является то, что он более мягкий, поэтому его можно использовать только в сплавах (например, дюралюминия).
Для эффективного теплообмена важную роль играет скорость передачи тепла в окружающую среду, чему активно способствует обдув радиаторов. В результате нивелируется более низкая теплопроводность алюминия (по сравнению с медью), уменьшается вес и стоимость оборудования. Эти важные преимущества позволяют алюминию постепенно вытеснять медь из использования в системах кондиционирования воздуха.
Использование меди в электронике
В некоторых отраслях промышленности, таких как радио и электроника, медь незаменима. Дело в том, что этот металл по своей природе очень пластичный: его можно извлечь с помощью очень тонкой проволоки (0,005 мм), а также других специфических токопроводящих элементов для электронных устройств. А высокая теплопроводность позволяет меди очень эффективно отводить тепло, неизбежно возникающее при работе электроприборов, что очень важно для современной высокоточной, но в то же время компактной техники.
Применение меди актуально в тех случаях, когда необходимо выполнить на стальной детали поверхность определенной формы. В этом случае используется медный шаблон, который не соединяется с свариваемым элементом. Использование алюминия для этих целей невозможно, так как он будет плавиться или сгорать. Также стоит упомянуть, что медь может выступать в качестве катода при сварке угольной дугой.
1 — шестерня, 2 — шаблон крепления, 3 — привариваемый зуб шестерни, 4 — медные шаблоны
Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице указана в диапазоне температур от 0 до 600 ° C в размере Вт / (м град.). Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром черный, низкоуглеродистая сталь. Алюминиевые сплавы имеют более высокую теплопроводность, чем латунь и никелевые сплавы.
Влияние концентрации углерода
Концентрация углерода в стали влияет на скорость теплопередачи:
- Низкоуглеродистые стали имеют высокий индекс проводимости. Именно поэтому их используют при изготовлении труб, которые затем используются для создания трубопровода для системы отопления. Значение коэффициента варьируется в диапазоне от 54 до 47 Вт / (м * К).
- Средний коэффициент для обычных углеродистых сталей составляет от 50 до 90 Вт / (м * К). Именно поэтому этот материал используется при изготовлении деталей для различных механизмов.
- Для металлов, не содержащих различных примесей, коэффициент равен 64 Вт / (м * К). При нагревании эта величина меняется незначительно.
Следовательно, рассматриваемый показатель для легированных сплавов может варьироваться в зависимости от рабочей температуры.
Методы изучения параметров теплопроводности
Изучая параметры теплопроводности, следует помнить, что характеристики того или иного металла или его сплавов зависят от способа изготовления. Например, параметры металла, полученного литьем, могут существенно отличаться от характеристик материала, полученного методами порошковой металлургии. Свойства необработанного металла принципиально отличаются от тех, что прошли термическую обработку.
Термическая нестабильность, то есть изменение индивидуальных свойств металла после воздействия высоких температур, характерна почти для всех материалов. В качестве примера можно упомянуть, что металлы после длительного воздействия различных температур способны достигать разных уровней рекристаллизации, и это отражается на параметрах теплопроводности.
Стальная конструкция после термообработки
Можно сказать следующее: при исследовании параметров теплопроводности необходимо использовать образцы металлов и их сплавов в стандартном и конкретном технологическом состоянии, например, после термической обработки.
Например, есть требования к шлифованию металла для проведения его исследования методами термического анализа. Действительно, такое требование существует в ряде исследований. Есть еще такое требование, как изготовление специальных табличек и многие другие.
Нетермостабильность металлов накладывает ряд ограничений на использование теплофизических методов исследования. Дело в том, что этот метод исследования требует нагрева образцов не менее двух раз в определенном температурном диапазоне.
Один из методов называется динамической релаксацией. Он предназначен для массовых измерений теплоемкости металлов. В этом методе записывается кривая перехода температуры образца между двумя его стационарными состояниями. Этот процесс является следствием скачка тепловой мощности, вводимой в исследуемый образец.
Этот способ можно назвать относительным. Используйте подопытного и сравнительный образец. Главное, чтобы образцы имели одинаковую эмиссионную поверхность. В процессе исследования температура, воздействующая на образцы, должна постепенно изменяться, а при достижении заданных параметров необходимо выдерживать определенное время. Направление изменения температуры и его шаг следует выбирать таким образом, чтобы образец, предназначенный для испытаний, нагревался равномерно.
В это время тепловые потоки выравниваются, и коэффициент теплообмена будет определяться как разница в скоростях колебаний температуры.
Иногда в ходе этих исследований возникает источник косвенного нагрева исследуемого и сравнительного образца.
возможно создание дополнительных тепловых нагрузок на одном из образцов по сравнению со вторым образцом.
2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
Теплопроводность алюминия и меди разная: у первого меньше, чем у второго, в 1,5 раза. Для алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт / (м * К) и довольно высок по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди и серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.
Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит следующие показатели:
- плотность (удельный вес) алюминия в 3 раза ниже;
- стоимость — в 3,5 раза ниже.
Аналогичный продукт, но сделанный из алюминия, намного легче меди. Поскольку вес металла в 3 раза меньше, а цена в 3,5 раза, алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение в производстве посуды, пищевых листов для духовок. Поскольку этот металл мягкий, в чистом виде он не используется — в основном широко распространены его сплавы (самый известный из них — дюралюминий).
В различных теплообменниках главное — это скорость выделения лишней энергии в окружающую среду. Эта проблема решается интенсивным обдувом радиатора вентилятором. При этом более низкая теплопроводность алюминия практически не влияет на качество охлаждения, а оборудование и устройства намного легче и дешевле (например, компьютеры и бытовая техника). В последнее время в производстве наблюдается тенденция к замене медных труб на алюминиевые в системах кондиционирования воздуха.
Медь практически незаменима в радиоиндустрии и электронике в качестве проводящего материала. Благодаря своей высокой пластичности, его можно протягивать с кабелей диаметром до 0,005 мм и выполнять другие очень тонкие проводящие соединения, используемые для электронных устройств. Более высокая проводимость, чем у алюминия, обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяющееся при работе тепло от внешних элементов устройств: корпуса, силовых контактов (например, микросхем, современных микропроцессоров).
Медные профили используются при сварке, когда необходимо сделать поверхность нужной формы на стальной детали. Высокая теплопроводность предотвращает прилипание медного рисунка к металлу сварного шва. Алюминий в таких случаях использовать нельзя, так как он может плавиться или гореть. Медь также используется при сварке угольной дугой — стержень из этого материала действует как неплавящийся катод.
Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел с одной поверхности на другую, термическое сопротивление показывает обратную зависимость, то есть способность металлов препятствовать такому переносу, другими словами, сопротивляться. Воздух обладает высоким термическим сопротивлением. Именно он, прежде всего, препятствует передаче тепла между телами.
Количественная характеристика изменения температуры на единице площади в единицу времени на один градус (К) называется коэффициентом теплопроводности. В международной системе единиц принято измерять этот параметр в Вт / м * градусах. Эта особенность очень важна при выборе металлических изделий, которым необходимо передавать тепло от одного тела к другому.
Таблица 1
Металл | Коэффициент теплопроводности металлов при температуре, ° С | ||||
— 100 | 0 | 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 |
Футбол | — | 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 | — |
Жестяная банка | 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 | — | — |
Меркурий | 0,33 | 0,09 | 0,1 | 0,115 | — |
Проводить | 0,37 | 0,35 | 0,335 | 0,315 | 0,19 |
Серебряный | 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 | — | — | — |
Титана | — | — | 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 | — |
Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов
Медь имеет гораздо более высокую стоимость, чем латунь или алюминий. К тому же у этого металла есть свои недостатки, которые напрямую связаны с его достоинствами. Высокая теплопроводность приводит к необходимости создания особых условий при резке, пайке и пайке медных элементов. Поскольку медные элементы нужно нагревать гораздо более концентрированно, чем стальные. Также часто требуется одновременный предварительный нагрев и нагрев детали.
Не забывайте, что медные трубы требуют тщательной изоляции, если они состоят из разводки магистрали или системы отопления. Это приводит к удорожанию установки сетки по сравнению с вариантами, когда используются другие материалы.
Пример теплоизоляции медных труб
Газовая сварка меди тоже сложна — для этого потребуются более мощные горелки. При сварке металлов толщиной 8-10 мм потребуется две-три горелки. Пока одна горелка используется для сварки, другая нагревает деталь. В целом пайка медью требует увеличения затрат на расходные материалы.
Также следует сказать о необходимости использования специальных инструментов. Итак, чтобы резать латунь и бронзу толщиной до 6 дюймов, вам понадобится резак, который может работать с высокохромистой сталью толщиной до 12 дюймов. Кроме того, того же инструмента достаточно для работы с чистой медью толщиной всего 5 см.
Плазменная резка меди
Свойства меди Cu: теплопроводность и плотность меди
В таблице приведены теплофизические свойства меди в зависимости от температуры в диапазоне от 50 до 1600 К. Плотность меди составляет 8933 кг / м 3 (или 8,93 г / см 3) при комнатной температуре. Медь почти в четыре раза тяжелее алюминия и железа. Эти металлы будут плавать на поверхности жидкой меди. Значения плотности меди в таблице даны в кг / м 3 .
Зависимость плотности меди от ее температуры представлена в таблице. Следует отметить, что плотность меди при нагревании уменьшается как в твердом металле, так и в жидкой меди. Уменьшение плотности этого металла связано с его расширением при нагревании — увеличивается объем меди. Следует отметить, что жидкая медь имеет плотность около 8000 кг / м 3 при температуре до 1300 ° C.
Теплопроводность меди составляет 401 Вт / (м · град) при комнатной температуре, что является довольно высоким значением среди металлов, сравнимым с теплопроводностью серебра.
При 1357 К (1084 ° С) медь переходит в жидкое состояние, что отражено в таблице резким падением значения коэффициента теплопроводности меди. Видно, что теплопроводность жидкой меди почти в два раза ниже, чем у твердого металла.
При нагревании теплопроводность меди имеет тенденцию к снижению, однако при температурах выше 1400 К значение теплопроводности снова начинает увеличиваться.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства меди при различных температурах:
- плотность меди, кг / м 3 ;
- удельная теплоемкость, Дж / (кг градусов);
- температуропроводность, м 2 / с;
- теплопроводность меди, Вт / (м · К);
- удельное электрическое сопротивление, Ом · м;
- функция Лоренца;
- соотношение теплоемкостей.
Удельная теплоемкость цветных сплавов
В таблице приведены значения удельной теплоемкости (массы) двухкомпонентных и многокомпонентных сплавов цветных металлов, не содержащих железа, при температурах от 123 до 1000К. Теплоемкость указывается в кДж / (кг градусов). Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавов, содержащих алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платину, калий, натрий, марганец, титан, висмут-свинец сплав олова, сплав висмут — свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, розовый сплав.
Также есть отдельная таблица, показывающая удельную теплоемкость металлов при разных температурах.
Применение
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Это то, что имеет большое влияние на металлические изделия и их свойства в зависимости от назначения.
Различный химический состав агрегатов и железных частей допускает разную теплопроводность. Это связано со структурой металлов, таких как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость изделий из чугуна способствует медленному нагреву, а плотность медной структуры, наоборот, ускоряет процесс теплообмена. Эти свойства используются для быстрого отвода тепла или постепенного нагрева инертных продуктов. Пример использования свойств металлических изделий:
- кухонная утварь с разными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для водяного отопления;
- отопительные приборы.
Медные трубы широко используются в радиаторах систем охлаждения автомобилей и в кондиционерах, используемых в быту. Чугунные змеевики сохраняют тепло в квартире даже при непостоянной подаче теплоносителя необходимой температуры. А алюминиевые радиаторы способствуют быстрой передаче тепла в отапливаемое помещение.
Когда высокая температура возникает из-за трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любой коробке передач или другом механическом оборудовании способность отводить тепло позволит частям механизма сохранить свою прочность и не повредиться во время работы. Знание теплообменных свойств различных материалов позволит грамотно применять определенные сплавы цветных или черных металлов.
Высокая теплопроводность меди, а также другие замечательные свойства дали этому металлу важное место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.
Схемы подключения радиаторов
Степень нагрева радиаторов зависит от того, как к ним подводится теплоноситель. Есть более и менее эффективные варианты.
Радиаторы с нижним подключением
Все радиаторы отопления имеют два типа подключения: боковое и нижнее. С нижним подключением расхождений быть не может. Трубы всего две: входная и выходная. В результате охлаждающая жидкость с одной стороны подается в радиатор, с другой — сливается.
Нижнее подключение радиаторов отопления с однотрубной и двухтрубной системами отопления
В частности, где подключить подачу и где в инструкции по установке написано обратное, которая должна быть в наличии.
Батареи отопления с боковым подключением
С боковым подключением вариантов намного больше — здесь подающий и обратный трубопроводы можно подключить в два патрубка, соответственно вариантов четыре.
Вариант №1. Диагональное подключение
Такое подключение радиаторов отопления считается наиболее эффективным, считается стандартным и именно так производители проверяют свои отопительные приборы, а данные в паспорте на тепловую мощность — на такое подключение. Все остальные типы соединений отводят тепло менее эффективно.
Диагональная схема подключения радиаторов отопления с двухтрубной и однотрубной системами
Это связано с тем, что при диагональном соединении аккумуляторов горячий хладагент подается к верхнему входу с одной стороны, проходит через весь радиатор и выходит с противоположной, нижней стороны.
Вариант №2. Одностороннее
Как видно из названия, трубопроводы подключаются с одной стороны — подача сверху, обратка — снизу. Такой вариант удобен, когда стояк сдвигается в сторону обогревателя, как это часто бывает в квартирах, ведь обычно преобладает именно такой тип подключения. При подаче теплоносителя снизу такая схема применяется редко — трубы размещать не очень удобно.
Боковое соединение для двухтрубных и однотрубных систем
При таком подключении радиаторов эффективность отопления лишь немного ниже — на 2%. Но это только при наличии нескольких секций в радиаторах — не более 10. При более длинной батарее наиболее удаленная от края ее точка не будет хорошо нагреваться и даже оставаться холодной. В панельных радиаторах для решения проблемы устанавливают расширители потока — трубы, которые разносят теплоноситель немного дальше центра. Эти же устройства можно установить в алюминиевые или биметаллические радиаторы, улучшив при этом теплоотдачу.
Вариант №3. Нижнее или седельное подключение
Из всех вариантов седловое соединение радиаторов отопления наименее эффективно. Потери составляют около 12-14%. Но этот вариант самый неприметный — трубы обычно укладывают на пол или под ним, и этот способ является наиболее оптимальным с эстетической точки зрения. А чтобы протечки не влияли на температуру в помещении, можно взять радиатор чуть мощнее, чем нужно.
Седловое соединение радиаторов отопления
В системах с естественной циркуляцией такое соединение делать не следует, но оно хорошо работает с насосом. В некоторых случаях даже не хуже бокового. Просто при определенной скорости движения теплоносителя возникают вихревые течения, вся поверхность нагревается, и теплоотдача увеличивается. Эти явления еще до конца не изучены, поэтому предсказать поведение теплоносителя пока невозможно.
Устройство
Радиатор системы отопления похож на старшего брата системы охлаждения. И функции у них схожи, только большой излучает тепло в атмосферу, а маленький — в гостиную. Оба они имеют в своей конструкции два резервуара, которые соединены между собой трубами. Пластины прикрепляются к трубам сваркой, увеличивая площадь охлаждения (чем больше пластин, тем больше теплоотдача). Поэтому при выборе стоит уделить особое внимание количеству блюд. Это можно сделать, собрав оба образца вместе и визуально проверив плотность пластин. У какого радиатора более высокая плотность, у кого более высокая теплоотдача. Один из резервуаров снабжен патрубками для входа и выхода жидкости. Некоторые модели оснащены точками крепления автомобиля.