Теплопроводность металлов таблица: Теплопроводность металлов и сплавов: таблица

Содержание

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











































Металл

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °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

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

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

таблица теплопроводности металлов

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.

теплопроводность стали и меди

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.

радиатор отопления и алюминия

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.

Оцените статью:


Рейтинг: 5/5 — 1
голосов

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

МеталлВт/(м•К)
Алюминий209,3
Бронза47-58
Железо74,4
Золото312,8
Латунь85,5
Медь389,6
Платина70
Ртуть29,1
Серебро418,7
Сталь45,4
Свинец35
Серый
чугун
50
Чугун62,8

Коэффициент теплопроводности других материалов

МатериалВлажность
массовая доля %
Вт/(м•К)
Бакелитовый
лак
0,29
Бетон
с каменным щебнем
81,28
Бумага
обыкновенная
Воздушно-сухая0,14
Винипласт0,13
ГравийВоздушно-сухая0,36
Гранит3,14
Глина15-200,7-0,93
Дуб
(вдоль волокон)
6-80,35-0,43
Дуб
(поперек волокон)
6-80,2-0,21
Железобетон81,55
КартонВоздушно-сухая0,14-0,35
Кирпичная
кладка
Воздушно-сухая0,67-0,87
Кожа>>0,14-0,16
Лед2,21
Пробковые
плиты
00,042-0,054
Снег
свежевыпавший
0,105
Снег
уплотненный
0,35
Снег
начавший таять
0,64
Сосна
(вдоль волокон)
80,35-0,41
Сосна
(поперек волокон)
80,14-0,16
Стекло
(обыкновенное)
0,74
Фторопласт-30,058
Фторопласт-40,233
Шлакобетон130,698
Штукатурка6-80,791

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

a=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))

Материал-18oС0oС50oС100oС150oС
Асбест0,150,180,1950,20
Пенобетон0,10,110,110,130,17

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

Материал0oС50oС100oС
Анилин0,190,1770,167
Ацетон0,170,160,15
Бензол0,1380,126
Вода0,5510,6480,683
Масло
вазелиновое
0,1260,1220,119
Масло
касторовое
0,1840,1770,172
Спирт
метиловый
0,2140,207
Спирт
этиловый
0,1880,177
Толуол0,1420,1290,119

Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

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 kpcp=const, где р обозначает плотность, а ср — 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)

Металл

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °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

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

Таблица коэффициент теплопроводности полупроводники и изоляторы

Вещество

Коэффициент теплопроводности при температура, °С

— 100

0

100

500

700

Германий

1,05

0,63

Графит

0,5—4,0

0,5—3,0

0,4-1,7

0,4-0,9

Йод

0,004

Углерод

0,016

0,017

0,019

0,023

Селен

0,0024

Кремний

0,84

Сера

0,0029

0,0023

Теллур

0,015

Теплопроводность чистых металлов. Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C).

Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.

Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).

Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).

Примечание: В таблице также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).

Источник:
Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов: таблицы при различных температурах

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

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.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).
Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС.
Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)

В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.
Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.
Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град).
Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС.
Размерность теплоемкости кал/(г·град).
Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре.
Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000!
Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.

Источники:

  1. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
  2. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
  5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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:

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

  • 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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов
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.

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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:

Теплопроводность металловТеплопроводность металлов

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.

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. Как узнать о теплопроводностиТипа 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. Тип теплопроводностиКогда 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.

Как узнать о теплопроводностиВ 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

Коэффициент теплопередачи для ребристой стенкиЯрко 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.

Снижаем затратыКаждый 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.

Определение площади теплопередачиИз 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.

Коэффициент теплопередачи в пластинчатых теплообменникахПростые 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

Формула коэффициента теплопередачи примет вид: 1 2 , 1 1 1 2 1 2 1 отсюда следует, что коэффициент теплопередачи всегда меньше 1Влияние 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.

радиатор отопления и алюминия

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%)

Теплопроводность металлов, металлических элементов и сплавов

Теплопроводность — k — это количество тепла, передаваемого за счет единичного градиента температуры, в единицу времени при устойчивых условиях в направлении, перпендикулярном поверхности единицы площади. Теплопроводность — к — используется в уравнении Фурье.

36,8 36,8 9007

148

900.6

153

153

153

«

9009

76,1

«

154 «

9002

38.6

900.6

Металл, металлический элемент или сплав Температура
— т —
( o C)

Теплопроводность
— k —
(Вт / м К)
Алюминий -73 237
« 0 236
» 127 240 900 39
« 327 232 232
« 527 220
Алюминий — дюраль (94-96% Al, 3-5% Cu, следы Mg) 20 164
Алюминий — силумин (87% Al, 13% Si) 20 164
Алюминиевая бронза 0 — 25 70
Алюминиевый сплав 3003, прокат 0 — 25 190
Алюминиевый сплав 2014.отожженный 0 — 25 190
Алюминиевый сплав 360 0 — 25 150
Сурьма -73 30,2
« 0 25,5
« 127 21,2
» 327 18,2
« 527 16,8
Бериллий -73 301
» 0 218
« 127 161
» 327 126
« 527 107
» »

« 927 73
Bery медь литий 25 0 — 25 80
Висмут -73 9.7
« 0 8.2
Бор -73 52,5
» 0 31.7
« 127 18.7
« 327 11,3
» 527 8.1
« 727 6,3
» 927 5.2
Кадмий -73 99,3
« 0 97,5
» 127 94,7
Цезий -73 36,8
« 0 36,1
Хром -73 111
» 0 94,8
« 127 87.3
« 327 80.5
» 527 71.3
« 727 65.3
» 927 62.4
Кобальт -73 122
« 0 104
» 127 84,8
Медь -73 413
« 0 401
« 127 392
» 327 383
« 527 371
» 727 357 9007 357
« 927 342
Coppe r, электролитический (ETP) 0 — 25 390
Медь — Admiralty Brass 20 111
Медь — алюминиевая бронза (95% Cu, 5% Al) 20 83
Медь — бронза (75% Cu, 25% Sn) 20 26
Медь — латунь (желтая латунь) (70% Cu, 30% Zn) 20 111
Медь — Патрон латунный (UNS C26000) 20 120
Медь — Constantan (60% Cu, 40% Ni) 20 22.7
Медь — немецкое серебро (62% Cu, 15% Ni, 22% Zn) 20 24,9
Медь — фосфористая бронза (10% Sn, UNS C52400) 20 50
Медь — красная латунь (85% Cu, 9% Sn, 6% Zn) 20 61
Cupronickel 20 29
Германий -73 96,8
« 0 66.7
« 127 43.2
» 327 27.3
« 527 19.8
» 727 17.4
» 927 17,4
Золото -73 327
« 0 318
» 127 312
« 327 304
« 527 292
» 727 278
« 927 262
Гафний -73 24.4
« 0 23,3
» 127 22,3
« 327 21,3
» 527 20,8
» 727 20,7
« 927 20,9
Hastelloy C 0 — 25 12
Inconel 21 — 100 15
Incoloy 0 — 100 12
Индий -73 89.7
« 0 83,7
» 127 75,5
Иридий -73 153
« 0 148 148 148 148
« 127 144
» 327 138
« 527 132
» 727 126
« 927 927 927 927» 9 » 120
Железо -73 94
« 0 83.5
« 127 69.4
» 327 54.7
« 527 43.3
» 727 32.6
» 927 28.2
Железо — литье 20 52
Железо — перлитный с шаровидным графитом 100 31
Железо — кованое 20 59
Свинец -73 36.6
« 0 35,5
» 127 33,8
« 327 31,2
Химический свинец 0 — 25 35
Сурьмянистый свинец (жесткий свинец) 0 — 25 30
Литий -73 88,1
« 0 79.2
« 127 72,1
Магний -73 159
» 0 157
« 127 153 153
153
153
327 149
» 527 146
Магниевый сплав AZ31B 0 — 25 100
Марганец -73 7.17
« 0 7,68
Меркурий -73 28,9
Молибден -73 143
» 0
« 127 134
» 327 126
« 527 118
» 727 112
« 927 105
Монель 0 — 100 26
Никель -73 106
« 0 94
» 127 80.1
« 327 65,5
» 527 67,4
« 727 71,8
» 927 76,1
никель — деформируется 0 — 100 61 — 90
мельхиор 50 -45 (Константан) 0 — 25 20
ниобий (колумбий) -73 52.6
« 0 53.3
» 127 55.2
« 327 58.2
» 527 61.3
» 727 64,4
« 927 67,5
Осмий 20 61
Палладий 75.5
Платина -73 72,4
« 0 71,5
» 127 71,6
« 327 73,0 73,0 73,0 527 75,5
» 727 78,6
« 927 82,6
Плутоний 20 8.0
Калий -73 104
« 0 104
» 127 52
Красная латунь 0 — 25 160
Рений -73 51
« 0 48,6
» 127 46,1
« 327 44.2
« 527 44.1
» 727 44,6
« 927 45,7
Родий -73 154
154
0 151
» 127 146
» 327 136
« 527 127
» 727 727 727 727 121
« 927 115
Рубидий -73 58.9
« 0 58,3
Селен 20 0,52
Силикон -73 264
» 0 9008 9008

168
9008

« 127 98,9
» 327 61,9
« 527 42,2
» 727 31.2
« 927 25,7
Серебро -73 403
» 0 428
« 127 420
« 327 405
» 527 389
« 727 374
» 927 358
Натрий -73 138
« 0 135
Припой 50 — 50 0 — 25 50
Сталь — углерод, 0.5% C 20 54
Сталь — углерод, 1% C 20 43
Сталь — углерод, 1,5% C 20 36
«» 400 36
« 122 33
Сталь — хром, 1% Cr 20 61
Сталь — хром, 5% Cr 20 40
Сталь — хром, 10% Cr 20 31
Сталь — хром никель, 15% Ni, 20 19
Сталь — хром никель, 20% Cr 15% Ni 20 15.1
Сталь — Hastelloy B 20 10
Сталь — Hastelloy C 21 8,7
Сталь — никель, 10% Ni 20 26
Сталь — никель, 20% Ni 20 19
Сталь — никель, 40% Ni 20 10
Сталь — никель, 60% Ni 20 19
Сталь — никель Хром, 80% Ni, 15% Ni 20 17
Сталь — Никель Хром, 40% Ni 20 11.6
Сталь — марганец, 1% Mn 20 50
Сталь — нержавеющая сталь, тип 304 20 14,4
Сталь — нержавеющая, тип 347 20 14,3
Сталь — вольфрам, 1% W 20 66
Сталь — кованый углерод 0 59
Тантал -73 57.5
« 0 57,4
» 127 57,8
« 327 58,9
» 527 59,4
» 727 60,2
« 927 61
Торий 20 42
Олово -73 73.3
« 0 68.2
» 127 62.2
Титан -73 24.5
« 0 22.4 900.4

« 127 20,4
» 327 19,4
« 527 19,7
» 727 20.7
« 927 22
Вольфрам -73 197
» 0 182
« 127 162
« 327 139
» 527 128
« 727 121
» 927 115
Уран -73 25.1
« 0 27
» 127 29,6
« 327 34
» 527 38.8
» 727 43,9
« 927 49
Ванадий -73 31,5
» 0 31.3
« 427 32.1
» 327 34.2
« 527 36.3
» 727 38.6
» 927 41.2
цинк -73 123
« 0 122
» 127 116
« 327» 105
Цирконий -73 25.2
« 0 23.2
» 127 21.6
« 327 20.7
» 527 21.6
» 727 23,7
« 927 25,7

Сплавы — температура и теплопроводность

Температура и теплопроводность для

  • Хастеллой A
  • Инконель
  • КНович Инчром
  • Н2233 КНовар
  • Advance
  • Монель

сплавов:

Alloys - temperature and thermal conductivity - Hastelloy A, Inconel, Nichrome V, Kovar, Advance, Monel

,

Теплопроводность обычных металлов и сплавов

В этой таблице приведены типичные значения тепловых нескольких распространенных промышленных металлов и сплавов.

Значения относятся к температуре окружающей среды (от 0 до 25 ° C).

Все значения следует рассматривать как типичные, поскольку эти свойства зависят от конкретного типа сплава, термической обработки и других факторов. Значения для конкретных allots могут широко варьироваться.

Теплопроводность обычных металлов

Имя

Теплопроводность
Вт / см K

Теплопроводность

Слиток чугуна

0.7

AISI-SAE 1020

0,52

Нержавеющая сталь тип 304

0,15

Серый чугун

0,47

Hastelloy C

0,12

Инконель

0.15

Алюминий Чистый

237

Алюминиевый сплав 3003, Прокат

1,9

Алюминиевый сплав 2014, отожженный

1,9

Алюминиевый сплав 360

9,8

Медь электролитическая (ЭТП)

3.9

Желтая латунь (высокая латунь)

22,3

Алюминиевая бронза

0,7

Бериллий

218

Бериллиевая медь 25

1,20,8

мельхиор 30%

0.3

Красная латунь, 85%

1,6

латунь

109

Сурьмянистый свинец (жесткий свинец)

0,35

Припой 50-50

0,5

Магниевый сплав AZ31B

1.0

Свинец

35,3

Серебро

429

Монель

0,3

Золото

318

Никель (коммерческий)

0,9

мельхиор 55-45 (константан)

0.2

Титан (коммерческий)

1,8

Цинк (коммерческий)

1,1

Цирконий (коммерческий)

0,2

Цемент

0,29

эпоксидная смола (заполненная кремнеземом)

0.30

Резина

0,16

Epoxt (незаполненный)

0,59

Термопаста

0,8 — 3

Термоэпоксидная смола

1 — 7

Стекло

1,1

Почва

1.5

Песчаник

2,4

Бриллиант

900-2320

Асфальт

0,75

бальза

0,048

никель хромированная сталь

16,4

Corian

1.06

Стеклопластик

0,04

гранит

1,65 — 3,9

пенополистирол

0,032

Уретановая пена

0,02

Иридиум

147

Лиственные породы (дуб, клен..)

0,16

Теплопроводность металлов

k = БТЕ / ч · фут · ° F
k t = k до — a (t — t o )

Вещество Диапазон температуры
, ° F
k до a Вещество Диапазон температуры
, ° F
k до a

Металлы

Олово 60 — 212 36 0.0135
Алюминий 70 — 700 130 0,03 Титан 70 — 570 9 0,001
Сурьма 70 — 212 10,6 0,006 Вольфрам 70 — 570 92 0,02
Бериллий 70 — 700 80 0.027 Уран 70 — 770 14 -0,007
кадмий 60 — 212 53,7 0,01 Ванадий 70 20
Кобальт 70 28 цинк 60 — 212 65 0.007
Медь 70 — 700 232 0,032 цирконий 32 11
германий 70 34 Сплавы:
золото 60 — 212 196 Адмиралтейский металл 68 — 460 58.1 -0,054
Железо чистое 70 — 700 41,5 0,025 латунь-265 — 360 61,0 -0,066
Кованое железо 60 — 212 34,9 0,002 (70% Cu, 30% Zn) 360 — 810 84,6 0
Сталь (1% C) 60 — 212 26.2 0,002 бронза, 7,5% Sn 130 — 460 34,4 -0,042
Свинец 32 — 500 20,3 0,006 7,7% Al 68 — 392 39,1 -0,038
Магний 32 — 370 99 0,015 Константин-350 — 212 12.7 -0,0076
Меркурий 32 4,8 (60% Cu, 40% Ni) 212 — 950 10,1 -0,019
молибден 32 — 800 79 0,016 Dural 24S (93,6% Al,
4,4% Cu,
-321 — 550 63,8 -0.083
никель 70 — 560 36 0,0175 1,5% Mg, 0,5% Mn) 550 — 800 130. -0,038
Палладий 70 39 Инконель Х (73% Ni, 15% Cr, 7% 27 — 1 070 7,62 -0,0068
Платина 70 — 800 41 0.0014 Fe, 2,5% Ti)
Плутоний 70 5 манганина (84% Cu, 12% Mn, 1 070 — 1 650 3,35 -0,0111
родий 70 88 4% Ni) -256 — 212 11.5 -0,015
Серебро 70 — 600 242 0,058 монель (67,1% Ni, 29,2%
Cu, 1,7% Fe, 1,0% Mn)
-415 — 1 470 12,0 -0,008
Тантал 212 32
Таллий 32 29 Никель серебро (64% Cu,
17% Zn, 18% Ni)
68 — 390 18.1 -0,0156
торий 70 — 570 17 -0,0045

Похожие:

Рекомендации:

  • Справочник ASM Metals, Второе издание, Американское общество металлов, Metals Park, Огайо, 1983.
  • Lynch, CT, CRC Практическое пособие по материаловедению, CRC Press, Boca Raton, FL, 1989.
  • Shackelford, JF и Александр В., CRC Material Science and Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, FL, 1991.

.

. Теплопроводность жидких металлов.

.

1. Введение. Литье металлических предметов, например, из стали или алюминия, подвержено дефектам и дефектам литья. Следовательно, в большинстве современных производственных процессов компьютерное моделирование выполняется для уменьшения дефектов и недостатков, а также в целом для оптимизации производственных процессов.Преимущества такого моделирования часто ограничены недостаточным или отсутствующим доступом к экспериментально полученным данным. Особенно интересна жидкая фаза металлов и сплавов, так как такие процессы производства, как, например, литье, естественным образом происходят в жидкой фазе.

Термин теплофизические свойства включает в себя различные свойства: теплопроводность, температуропроводность, тепловое расширение объема, теплоемкость, плотность, вязкость и так далее. Многие из этих свойств важны в промышленных процессах; однако это теплопроводность, точнее, теплопроводность жидких металлов и сплавов, которые будут обсуждаться в этой главе.

Естественно, число экспериментальных методов для измерения желаемых величин, которые были разработаны в течение последних десятилетий, многократно. Целью данной работы является дать краткий обзор наиболее распространенных или практических методов в разделе 2, но лишь немногие из этих методов подходят для проведения измерений в жидкой фазе. Эти методы будут освещены в разделе 2.

В группе по термо- и металлфизике в Технологическом университете Граца проводятся быстрые эксперименты с импульсным нагревом для измерения теплофизических свойств жидких металлов и сплавов.Закон Видемана-Франца применяется для расчета температуропроводности и теплопроводности по измеренным величинам. Эти упомянутые расчеты кратко объяснены в Разделе 3, а используемый экспериментальный аппарат описан в Разделе 4.

2. Обзор методов измерения теплопроводности жидких металлов

В принципе, существует три различных класса методов измерения:

  • Методы устойчивого состояния

  • Методы нестационарного состояния

  • Методы переходного режима

Однако не всегда так просто классифицировать определенный метод.В частности, различие между нестационарными методами и переходными методами может быть сложной задачей.

Методы устойчивого состояния определяются как методики, в которых градиент температуры остается постоянным по всему образцу. Эти методы требуют точного контроля температуры на протяжении всего эксперимента, чтобы свести к минимуму эффекты конвекции, чего особенно трудно достичь для металлов с высокими температурами плавления.

Методы переходного процесса и методы нестационарного состояния используют очень короткие временные рамки для завершения измерений до того, как конвекция сыграет свою роль.Методы с нестационарным состоянием достигают этих условий благодаря очень высоким скоростям нагрева до 1000 Ks -1 с довольно большими градиентами температуры более 100 K.

Градиент температуры в переходных методах значительно ниже (порядка 5 K), чем в нестационарных методах, что сводит к минимуму возможность возникновения конвективных эффектов при измерениях. В недавней истории переходные методы приобретают все большее значение и начинают заменять методы нестационарного состояния.

2.1. Методы установившегося состояния

2.1.1. Метод осевого теплового потока

Известный тепловой поток q подается на один конец образца и рассеивается на другом конце радиатором. Теплопроводность может быть рассчитана как

λ = qA Δ ΔzΔTE1

, где q — приложенный тепловой поток, A — поперечное сечение образца, а ΔzΔT — обратный градиент температуры в двух точках zq и z 2 .

Следовательно, условия для определения теплопроводности с помощью этого метода — это определение геометрии A и Δ z , гарантия того, что тепловой поток является однонаправленным, измерение теплового потока q, и измерение температуры как минимум две точки zq и z2 (обычно термопары).

Хотя этот метод в основном предназначен для твердых материалов, он может использоваться на различных жидких металлах с низкой температурой плавления, таких как ртуть, свинец, индий и галлий [1].

Диапазон температур составляет 90–1300 К, а точность в этом диапазоне оценивается в диапазоне от ± 0,5 до ± 2% [2].

2.1.2. Метод радиального теплового потока

Другим методом измерения теплопроводности как твердых, так и жидких материалов является метод концентрических цилиндров.

Твердый образец помещается между двумя концентрическими цилиндрами, и известный тепловой поток подается, пропуская нагреватель через внутренний цилиндр.Внешний цилиндр охлаждается водой для обеспечения градиента температуры между двумя цилиндрами.

Разность температур между датчиками температуры (часто термопары) в двух цилиндрах определяется, когда достигается устойчивое состояние. Зная радиусы двух цилиндров и их длину, теплопроводность можно рассчитать по формуле:

λ = qL ∙ lnr2r12 ∙ π 1 T1 − T2E2

, где q — приложенный тепловой поток, L — длина цилиндры, r 1 как радиус внутреннего цилиндра, r 2 как радиус внешнего цилиндра и T 1 и T 2 как соответствующие температуры.

Более подробное объяснение этого метода можно найти в [2].

Способ может быть адаптирован для жидких металлов путем предоставления контейнера для жидкого образца между двумя концентрическими цилиндрами. Помимо этого контейнера, принцип измерения остается неизменным для образцов жидкого металла.

Метод радиального теплового потока работает в диапазоне температур 4–1000 К, и неопределенность этого метода оценивается примерно в ± 2% [3].

2.2. Методы прямого нагрева

Термин «метод прямого электрического нагрева» обобщает все те методы измерения, при которых образец нагревается путем пропускания через него тока без дополнительной печи.Примером такого метода, но динамическим, а не устойчивым методом, является метод омического импульсного нагрева, который будет обсуждаться позже в этой главе.

Поэтому методы прямого электрического нагрева ограничены образцами, которые являются достойными электрическими проводниками. Форма образцов может варьироваться от проводов, стержней, листов до трубок. Преимущество таких методов, с одной стороны, — отсутствие печи и, во-вторых, возможность одновременного измерения множества теплофизических свойств.

Методы прямого нагрева позволяют достигать высоких температур около 4000 К и поэтому подходят для измерения теплопроводности в жидкой фазе металлов с высокими температурами плавления.

2.2.1. Охраняемая горячая плита

В этом стационарном методе используются две пластины с регулируемой температурой, которые помещают твердый образец в форме диска. Нагрев одной пластины при одновременном охлаждении другой генерирует равномерно распределенный тепловой поток через образец, достигая постоянной температуры на каждой пластине.Методика рассматривается как метод установившегося режима с высочайшей точностью.

Охраняемое устройство с горячей плитой может быть изготовлено в одностороннем или двухстороннем режиме. При работе в двухстороннем режиме имеется всего три пластины, а также два образца: плита центрального нагревателя вместе с двумя охлаждающими пластинами, расположенными между двумя образцами. Падение температуры на двух образцах измеряется с помощью термопар, которые находятся на расстоянии L . Затем можно определить теплопроводность:

λ = q ∙ L2 2 A ΔTE3

, где q — тепловой поток через образец, A — поперечное сечение, L — пространственное расстояние между двумя термопары, а Δ Т — это разность температур.

В одностороннем режиме снимается одна из охлаждающих пластин, а также второй образец. Поэтому градиент температуры в одном направлении исчезает, что приводит к потере фактора 2 в формуле. (3)

λ = q ∙ LA ∙ ΔTE4

Экспериментальная установка и расчет теплопроводности более подробно объяснены в [4].

Коммерчески доступный аппарат с защищенной горячей плитой (GHP), такой как NETZSCH GHP 456 Titan [5], работает в диапазоне температур 110–520 K и обеспечивает точность ± 2%.

Следует отметить, что метод GHP применим только для твердых образцов и не является подходящим методом для определения теплопроводности тугоплавких металлов.

2.2.2. Калориметрический метод

Калориметрический метод является прямым измерением закона Фурье. Он состоит из источника нагрева (обычно SiC или MoSi 2 элементов) и плиты SiC для распределения температурного градиента. Образец окружен двумя изолирующими защитными блоками, которые, как и образец, находятся в тепловом контакте с водоохлаждаемой медной основой.Как следует из названия, центральной частью системы является калориметр, который окружен охранниками. Устройство спроектировано таким образом, что тепловой поток в калориметр является одномерным.

Две термопары, которые разнесены на расстояние L и расположены вертикально друг к другу, заключены в образец, и измерена разница температур T 2 — T 1 между ними.

Теплопроводность может быть определена как

λ = dqdt ∙ LAT2-T1E5

, где A — это поперечное сечение калориметра, L — это расстояние между двумя термопарами, dqdtas скорость теплового потока в калориметр и Т 2 — Т 1 как разность температур между двумя термопарами.

2.3. Переходные методы

2.3.1. Метод переходной горячей проволоки и переходной горячей полосы

Простая экспериментальная схема и короткое время измерения обеспечивается с помощью переходной горячей проволоки (THW) наряду с методом переходной горячей полосы (THS).

Метод переходной горячей проволоки чаще всего используется для измерения теплопроводности λ и температуропроводности a . Провод с электрическим подогревом, который действует как самонагревающийся термометр, помещается в материал и распределяет радиальный тепловой поток в образец.Сам образец служит теплоотводом для системы, в то время как провод функционирует в качестве источника тепла, а также обеспечивает механизм для измерения свойств теплопереноса из-за зависящего от температуры падения напряжения вдоль провода. Решение фундаментального уравнения теплопроводности дает

ΔTrt = q4 ∙ π λ λ ln4 ∙ a ∙ tr2 ∙ eγ, E6

с q подвод тепла на единицу длины провода, r радиус провода a температуропроводность, γ постоянная Эйлера, t время и λ, конечно, теплопроводность.

Подробное объяснение этого метода для определения теплопроводности дано в [6, 7].

Метод переходной горячей полосы (THS) дополнительно улучшает метод THW. Вместо проволоки в качестве источника тепла и измерительного устройства используется тонкая полоска металлической фольги. Металлическая фольга обеспечивает большую поверхность, а также меньшую толщину, чем нагретая проволока, что приводит к меньшей плотности теплового потока и, следовательно, к меньшему сопротивлению теплового контакта с образцом.

Хотя метод THW применим только к жидкостям и некоторым твердым веществам, которые можно обернуть вокруг нагревательного провода таким образом, чтобы тепловое сопротивление было достаточно низким, метод THS — это метод перехода к измерениям твердых тел.

Примечание: данная работа посвящена методам измерения теплопроводности жидкостей. Измерения THS также проводятся на газах (см. [8]).

В Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) в Брауншвейге была разработана обновленная версия метода THS и THW, метода переходного горячего моста. В этом методе в общей сложности восемь полос развертываются таким образом, что они образуют мост Уитстона, обеспечивая эффективную тепловую и электрическую самокомпенсацию [9].

Сообщалось о неопределенности метода THW (e.(см. [10]) для определения теплопроводности ± 5,8%. Тем не менее, метод также был описан как еще более точный [11], с погрешностью менее ± 1% для газов, жидкостей и твердых веществ. При максимальной температуре около 1000 К этот метод подходит только для легкоплавких металлов.

2.3.2. Метод 3ω

Метод 3ω восходит к работе, проделанной Кэхиллом [12] в 1987 году. Этот метод имеет сходство с техникой THS и THW, поскольку он также использует один элемент в качестве источника тепла и термометр.Хотя методы THS и THW измеряют температуру в зависимости от времени, технология 3ω записывает амплитуду и фазу сопротивления в зависимости от частоты возбуждения.

Чаще всего он используется в качестве метода измерения теплопроводности твердых веществ или жидкостей, но был усовершенствован и также применим для тонких пленок [12, 13]. Проводящий провод распределяется по образцу и через него подается переменное напряжение с частотой ω . Из-за электрического сопротивления образец нагревается, что приводит к изменению температуры.Частота изменения температуры составляет 2ω. Произведение колебаний сопротивления 2ω и частоты возбуждения ω дает напряжение частоты 3ω, которое измеряется и отвечает за название 3ω метода.

Измеряя напряжение 3ω на двух частотах f1 и f2 , теплопроводность составляет

λ = V3lnf2 / f14 π ∙ l ∙ R2V3,1 − V3,2dRdTE7

с напряжением V3,1the 3ω на частоте f 1 , V3,2 3ω напряжения на частоте , f2 и R , среднее сопротивление металлической линии длиной l .

В первоначальной работе Кэхилла [13] температурный интервал метода 3ω составляет 30–750 К, что не подходит для высокоплавких металлов. Этот метод часто применяется к наножидкостям, и в публикациях указывается неопределенность около ± 2% [14].

2.3.3. Метод лазерной вспышки

В соответствии с методом лазерной вспышки (LFM) измеряемой величиной является температуропроводность, а не теплопроводность. Теплопроводность, однако, может быть определена с учетом удельной теплоемкости, а также плотности образца.

λT = aT ∙ ρT ∙ cPT, E8

с a (T ) температуропроводностью, ρ ( T ) плотностью и c P ( T ) удельная теплоемкость ,

В LFM образец подвергается воздействию лазерного импульса высокой интенсивности на одной поверхности, который генерирует тепло на указанной поверхности. На задней поверхности, которая не подвергается воздействию лазерного импульса, инфракрасный датчик обнаруживает сигнал повышения температуры из-за переноса тепла через образец.

Для адиабатических условий температуропроводность может быть получена как

a = 0.1388l2t0,5, E9

с л, толщины образца и т, , , 0,5 , время при 50% повышения температуры.

LFM, как представлено Parker et al. [15], был удобным методом для определения температуропроводности и и теплопроводности твердых частиц при умеренных температурах. С тех пор этот метод был усовершенствован и применим в широком диапазоне температур, примерно до 2500 ° C.

В 1972 году Schriempf [16] применил LFM для определения температуропроводности жидких металлов при высоких температурах.Жидкий металл должен быть помещен в подходящий контейнер, чтобы организовать правильную установку. Проблемы возникают для жидкостей с низкой теплопроводностью. Когда теплопроводность образца того же порядка, что и у контейнера, это приводит к неуловимому тепловому току через контейнер. Поэтому в [17] было предложено не вставлять жидкий образец в контейнер, а поместить его между металлическим диском, на который воздействует лазерный импульс.

Коммерчески доступное лазерное импульсное устройство, такое как NETZSCH LFA 427 [18], работает в диапазоне температур от -120 до 2800 ° C, в зависимости от печи, и поэтому применимо и для металлов с более высокой температурой плавления.

Кашниц [19] оценивает погрешности теплопроводности для LFM в диапазоне от ± 3 до ± 5% в твердой фазе и от ± 8 до ± 15% в жидкой фазе.

Хей [20] провел оценку неопределенности для своего аппарата в Бюро национальной метрологии (БНМ) и заявил, что оценки неопределенности составляют от ± 3 до ± 5%.

Hohenauer [21] провели оценку неопределенности своего лазерного импульсного устройства и заявили о расширенной неопределенности с измерением температуропроводности в диапазоне температур от 20 до 900 ° C из 3.98%.

3. Расчеты по закону Видемана-Франца

В некоторых случаях более целесообразно измерять электрическую проводимость и удельное электрическое сопротивление. Перенос тепла и, следовательно, теплопроводность через металл или сплав требуют носителей. Следует различать компонент λe теплопроводности, обусловленной электронами, и λl , который является вкладом решетки, обусловленным фононами. Естественно, что для жидких металлов и сплавов в теплопроводности преобладает электронный вклад.Тогда общая теплопроводность будет суммой составляющих λ = λe + λl.

Теплопроводность жидкого алюминия была исследована в Технологическом университете Граца. Здесь единственное рассмотрение электронного вклада дало многообещающие результаты для жидкой фазы [22]. Подробный вывод решеточного вклада в теплопроводность можно найти в работе Клеменса [23].

Пример, когда вклад в решетку необходимо учитывать при расчете теплопроводности для сплава Inconel 718, приведен в [24].

Закон Видемана-Франца гласит, что для проводящих металлов электронная составляющая теплопроводности λeis

λe = L0TρTE10

с ρT зависимым от температуры удельным электрическим сопротивлением и L = π23 · кБ / e2 = 2,45 × 10−8 Вт · Ом · K − 2 (теоретическое) число Лоренца.

Учитывая тепловое расширение, зависящей от температуры электрического удельного сопротивления

ρT = ρIGdT2d02, Е11

с г 0 диаметра при опорной температуре (при комнатной температуре), ρIGthe электрического сопротивления при начальной геометрии и г ( Т ) диаметр при повышенной температуре Т .Поэтому для расчета теплопроводности необходимо также измерять тепловое расширение объема.

Оценку температуропроводности и ( T ) можно найти по

aT = L0 ∙ TcpT ∙ DT ρρTE12

с cpT теплоемкостью и D ( T ) в зависимости от температуры плотность. С установкой омического импульсного нагрева в Технологическом университете Граца (как будет объяснено далее в этой работе) обеспечивается радиальное продольное расширение (см., Например,г., [25]). Учитывая уравнение (12) и радиальное расширение дает

aT = L0 ∙ TcpT ∙ DT ∙TT = L0 ∙ TcpT ∙ D ∙ 0ρIGE13

при D 0 плотности при комнатной температуре.

Таким образом, уравнения. (10) и (12) позволяют нам определять теплопроводность и температуропроводность из экспериментов по омическому импульсному нагреву и предоставлять результаты, которые находятся в том же диапазоне, что и результаты измерений лазерной вспышки, как показано в сопоставлениях температуропроводности NPL — отчет CBTLM S30 [26].С отклонением всего в 3% наши результаты были значительно ближе к среднему определенному.

Экспериментальная установка в Технологическом университете Граца описана в следующем разделе.

4. Измерения в Технологическом университете Граца

В экспериментах с омическим импульсным нагревом электропроводящий образец нагревается путем пропускания через него большого импульса тока. Из-за удельного сопротивления материала образец нагревается от комнатной температуры до температуры плавления и далее через жидкую фазу до температуры кипения в течение примерно 50–70 мкс.

Образец обычно имеет форму проволоки диаметром от нескольких сотен микрометров до нескольких миллиметров, прямоугольной формы для материалов, которые нельзя вытягивать в проволоку, фольгу или трубы. Вследствие узких временных рамок, в которых проводятся эти эксперименты, жидкая фаза не разрушается из-за гравитационных сил, что позволяет исследовать всю жидкую фазу вплоть до точки кипения. Кроме того, можно считать, что образец не находится в контакте с окружающей средой, что делает эксперимент методом без контейнера.

4.1. Установка

Типичный эксперимент с импульсным нагревом состоит из следующих частей: накопитель энергии (в основном конденсатор или батарея) с зарядным устройством, главный коммутационный блок (например, высоковольтные трубки зажигания с парами ртути) и экспериментальная камера с окна для оптической диагностики и возможность поддержания контролируемой окружающей атмосферы. Эксперименты с импульсным нагревом в основном проводятся в инертной атмосфере, например в азоте или аргоне, при атмосферном давлении или в вакууме.Настройка устройства импульсного нагрева в Технологическом университете Граца представлена ​​на рисунке 1.

Рисунок 1.

Схематическая экспериментальная установка. HG: высоковольтный источник питания; S: переключатель для загрузки конденсаторной батареи C; RCROW: ломовой резистор; IG1: основной игнитрон; IG2: лом-игнитрон; RV: согласующий резистор; RC, LC, RS, LS: сопротивление и индуктивность цепи и / или образца; R1-R4: делители напряжения; KE1, KE2: ножевые зонды; ПП: проба Пирсона; DC: разрядная камера; PY: пирометр; L: линза; IF: интерференционный фильтр; F: волокно; D: фотодиод; A: усилитель; PG: генератор импульсов; AD: аналого-цифровой преобразователь; ПК: персональный компьютер; I, UHOT, UCOLD, J: сигналы измерения тока, напряжений и интенсивности излучения; PSG: генератор поляризационных состояний; PSD: детектор состояния поляризации; LWL: легкая проводная линия.

Установка была подробно объяснена в предыдущих публикациях [27, 28, 29].

4.2. Измерение тока и напряжения

Импульс тока, которому подвергается образец, измеряется с помощью индукционной катушки (Pearson Electronics, Model Number 3025). Чтобы измерить падение напряжения, два образца молибденовых ножей прикреплены к образцу. Падение напряжения относительно общего заземления измеряется для обоих ножей напряжения, что позволяет измерять падение напряжения между двумя точками контакта образца и соответствующими ножами напряжения (рис. 2).

Рисунок 2.

Типичные необработанные измерительные сигналы эксперимента по омическому импульсному нагреву, выполненного на Иридиуме. Черная линия и красная линия — это сигналы напряжения, зеленая линия — текущий сигнал, а синяя линия — сигнал пирометра. Обратите внимание, что температура солидуса (TS) и температура ликвидуса (Tl) видны не только в сигнале пирометра, но и в сигналах напряжения.

4.3. Измерение температуры

Быстрый пирометр обеспечивает определение температуры.Пирометр измеряет спектральное сияние поверхности образца, из которого температура может быть рассчитана по закону Планка.

Lλ, BλT = c1π ∙ λ5 ∙ 1ec2λ ∙ T − 1, E14

с Lλ, BλT излучение, излучаемое черным телом при температуре T и длине волны λ и двух константах излучения c1 = 2π ∙ h ∙ c2 и c2 = h ∙ ckB ( h — постоянная Планка, c — скорость света и kB — постоянная Больцмана). Нужно учитывать, что почти нет реального материала, идеального черного тела.Отклонение от излучения черного тела учитывается излучательной способностью ε (λ, T) . Следовательно, отношение излучения, испускаемого реальным материалом, составляет

LλλT = ελT ∙ Lλ, BλT.E15

. Следует также отметить, что измеренное количество пирометра представляет собой сигнал напряжения UPyro (T) , который зависит от геометрии измерения, передачи оптической измерительной установки, ширины спектрального диапазона и чувствительности детектора. При суммировании большинства температурно-независимых величин в константе C , сигнал пирометра равен

UPyroT = C ∙ ελT ∙ ec2λ ∙ T − 1−1E16

4.4. Коэффициент температуропроводности и теплопроводности

С полученными значениями зависящего от времени тока I (t) , зависящего от времени падения напряжения U (t) , радиус образца r ( t ) и для поверхностного излучения L (t) теперь можно рассчитать требуемые тепловые свойства, т.е. теплопроводность λ (T) , коэффициент температуропроводности a (T) , а также удельную теплоемкость сП (Т) ). Это было кратко показано во втором разделе этой главы и подробно обсуждается в [30, 31].

Данные по твердой фазе, а также по жидкой фазе устанавливаются линейно (для твердой фазы) и квадратично (для жидкой фазы). В наших публикациях (например, [22]) мы приводим коэффициенты для линейных подгонок, а также оценки неопределенности. Схематические данные, представленные в этой главе, относятся к алюминию; следовательно, температурный диапазон довольно низок. С помощью устройства омического импульсного нагрева также можно исследовать легкоплавкие металлы, такие как вольфрам, ниобий и тантал.

На рисунках 3 и 4 показаны типичные результаты определения теплопроводности и температуропроводности с помощью устройства омического импульсного нагрева для алюминия.

Рисунок 3.

Результаты определения теплопроводности для алюминия. Данные взяты из [22].

Рисунок 4.

Результаты определения температуропроводности алюминия. Данные взяты из [22].

Данные показывают твердую фазу (до 900 К) и жидкую фазу (до 1500 К). Теплопроводность в этом случае может быть квадратично установлена ​​с положительным наклоном в жидкой фазе.

4.5. Неопределенность для метода омического импульсного нагрева

Неопределенности были оценены согласно GUM [32] с коэффициентом покрытия k = 2 (95%).

Неопределенности для теплопроводности λT для алюминия были оценены ± 6% в твердой фазе и ± 5% в жидкой фазе. Неопределенности для температуропроводности a (T) для алюминия были оценены в ± 8% в твердой фазе и ± 5% в жидкой фазе. Смотрите также [22].

5. Выводы

В этой главе был рассмотрен ряд общих методов определения теплопроводности жидких металлов. Эти методы могут быть классифицированы на устойчивые, нестационарные и переходные методы.Однако не все рассмотренные методы подходят для жидкой фазы тугоплавких металлов.

В заключение этой главы приведены методы, которые подходят для определения теплопроводности тугоплавких металлов в жидкой фазе.

Метод лазерной вспышки (LFM) применим также для тугоплавких металлов, так как температурный диапазон составляет от -120 до 2800 ° C. Неопределенности для этой методики измерения колеблются от ± 3 до ± 15% [16, 17, 18, 19].

Другим подходящим методом для определения теплопроводности даже тугоплавких металлов в жидкой фазе является метод омического импульсного нагрева в сочетании с законом Видемана-Франца. Этот метод может легко достигать температуры около 4000 К и выше и поэтому подходит для всех тугоплавких металлов (металл с самой высокой температурой плавления — вольфрам с 3695 К). Неопределенности для теплопроводности для алюминия были оценены ± 6% в твердой фазе и ± 5% в жидкой фазе [22].

Особенно в жидкой фазе, где вкладом решетки в определении теплопроводности можно пренебречь, метод омического импульсного нагрева оказался очень точным. Это было показано в сравнении с измерениями лазерной вспышки в [26].

Металлы и сплавы — температуры плавления

Температура плавления — это температура, при которой вещество переходит из твердого в жидкое состояние.

Точки плавления для некоторых металлов и сплавов:

919

9000 —

9 9008 Силикон

Силикон

Металл Точка плавления
( o C)
Адмиралтейская латунь 900 — 940
Алюминий 660
Алюминиевый сплав 463 — 671
Алюминий Бронза 1027 — 1038
Сурьма 630
Баббит 249
9198 8500

12 Бериллий

Бериллиевая медь 865 — 955
Висмут 271.4
Латунь, красный 1000
Латунь, желтый 930
Кадмий 321
Хром 1860
Кобальт 14958

1084
мельхиор 1170 — 1240
Gold, 24K Pure 1063
Hastelloy C 1320 — 1350
Inconel 1390 — 14258
1390 — 1425
Иридий 2450
Железо, ковка 1482 — 1593
Железо, серый литье 1127 — 1204
Железо, ковкий 1149
Свинец 327.5
Магний 650
Магниевый сплав 349 — 649
Марганец 1244
Марганцевая бронза 865 — 890
молибден 2620
монель 1300 — 1350
никель 1453
ниобий (колумбий) 2470
9 9008

92524
9258
9258

9258

9258

9258

9258

9258 9288

Молибден 1555
Фосфор 44
Платина 1770
Плутоний 640
Калий 63.3
Red Brass 990 — 1025
Рений 3186
Родий 1965
Рутений 2482
9 9008 Силикон 9198 1411
Серебро, монета 879
Серебро, чистый 961
Серебро, стерлинг 893
Натрий 97.83
Припой 50 — 50 215
Сталь углеродистая 1425 — 1540
Сталь нержавеющая 1510
Тантал 2980
17 торий
Олово 232
Титан 1670
Вольфрам 3400
Уран 1132
Ванадий

932

Цинк 419.5
Цирконий 1854

Золото, серебро и медь — давление и температуры плавления

Gold, silver and copper - melting temperatures vs. pressure

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о