Теплоотдача меди: Теплопроводность меди и ее сплавов – плюсы и минусы

Разное

04.06.2023
Комментарии: 0

Содержание

Тепловые свойства меди

Характерной особенностью меди является ее высокая теплопроводность, в 6 раз большая, чем у железа, и более высокая, чем у железа, механическая стойкость при низких температурах.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса алюминия, железа, кислорода, мышьяка, сурьмы, серы, селеа, фосфора.
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена, особенно труб, листовой меди и медной проволоки. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости.

В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева. 
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Тепловое расширение меди (при 20 – 100 град. C) – 0,0168 мм / м / ºC.
Чистая медь и ее сплавы не являются жаростойкими материалами, однако, в некоторых случаях они применяются при повышенных температурах, когда от конструкции требуется повышенная электропроводность или теплопроводность. Используется медь с низким содержанием кислорода (<<0,04 %). Когда требуется прочность изделия, то вводится мышьяк (0,4 %).
Добавки Сё (1,0 %), Сг (0,3 %) и Ag (0,1 %) также улучшают механические свойства меди при повышенных температурах, причем электропроводность при этом остается практически без изменения.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
Медь, помимо широкого применения в технике по причине ее высокой электропроводности, используется в химическом машиностроении в качестве конструкционного материала для изготовления разнообразной химической аппаратуры и, в особенности, теплообменной аппаратуры (выпарные аппараты, теплообменники, конденсаторы, испарители, змеевики). Объясняется это высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, их благоприятными физико-механическими свойствами при достаточно высокой.
Существует несколько марок меди, теплопроводность которых при низких температурах может быть весьма различной в зависимости от количества и характера примесей.

Температура плавления меди 1083,85 C (1357.77 ± 0.20·K).

 Принятые значения термодинамических величин для меди и ее соединений в кристаллической и жидкой фазах.

Вещество

Состояние

H°(298.15K)-H°(0)

S°(298.15K)

Cp°(298.15K)

Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а

Интервал температур

Ttr или Tm

DtrHили DmH
   

кДж×моль‑1

Дж×K‑1×моль‑1

a

b×103

c×10‑5

K

кДж×моль‑1
                     

Cu

к, куб.

5.004

33.15

24.44

22.287

12.923

0.587б

298.15-1357.77

1357.77

13.14
 

ж

–

–

–

32.8

–

–

1357.77-4500

–

–

CuO

к,монокл.

7.11

42.74

42.30

48. 589

7.201

7.499

298.15-1500

1500

49
 

ж

–

–

–

67

–

–

1500-4000

–

–

Cu2O

к, куб.

12.6

92.55

62.60

64.553

17.578

6.395

298.15-1517

1517

65. 6
 

ж

–

–

–

100

–

–

1517-4000

–

–

Cu(OH)

2

к, ромб.

12.45

80.50

78,0

95.784

11.521

18.862

298.15-322

322

0.456
 

к, ромб.

–

–

–

95. 784

11.521

18.862

322-1000

–

–

CuF

к, куб.

9.5

65

52.0

55.024

9.137

5.110

298.15-1300

–

–
 

к, куб.

–

–

–

66.6

–

–

1300-2000

–

–

CuF2

кII,монокл.

12.15

77.8

65.815

73.100

21.277

12.115

298.15-1065

1065

3
 

кI, куб.

–

–

–

90

–

–

1065-1109

1109

55
 

ж

–

–

–

100

–

–

1109-3000

–

–

CuCl

кII, куб.

11.4

87.74

52.55

38.206

38.315

-2.596

298.15-685

685

6.5
 

кI, гекс.

–

–

–

79

–

–

685-696

696

7.08
 

ж

–

–

–

29.319

14. 818

-116.637

696-1200

–

–
 

ж

–

–

–

49.200

5.000

–

1200-3000

–

–

CuCl2

кII,монокл.

14.983

108.07

71.88

78.888

5.732

7.749

298.15-675

675

0. 7
 

кI, куб.

–

–

–

82.4

–

–

675-871

871

15
 

ж

–

–

–

100

–

–

871-2000

–

–

CuBr

кIII, куб.

12.104

96.1

54. 90

-324.417

2241.940

-38.227б

298.15-657

657

4.6
 

кII, гекс.

–

–

–

93.175

-27.924

–

657-741

741

2.15
 

кI, куб.

–

–

–

83

–

–

741-759

759

5. 1
 

ж

–

–

–

38.365

7.807

-115.447

759-1200

–

–
 

ж

–

–

–

49.750

5.000

–

1200-2000

–

–

CuBr2

к,монокл.

15.5

135

75. 0

81.117

4.547

6.643

298.15-2000

–

–

CuI

кIII, куб.

12.1

96.1

54.0

381.138

-1139.67

77.215б

298.15-643

643

3.1
 

кII, гекс.

–

–

–

-85.852

339.060

–

643-679

679

2. 7
 

кI, куб.

–

–

–

116.854

-62.123

–

679-868

868

7.93
 

ж

–

–

–

55.205

-2.435

-105.925

868-1400

–

–
 

ж

–

–

–

50. 20

5.0

–

1400-2000

–

–

CuI2

к

16

153

76

70.053

19.947

–

298.15-1000

–

–

CuS

к, гекс.

9.44

67.27

47.31

43.675

20.127

2.103

298. 15-2000

–

–

Cu2S

кIII,монокл.

15.8

116.22

76.86

17.070

163.596

-9.791

298.15-376

376

3.79
 

кII, гекс.

–

–

–

-1831.18

7221.15

-537.89б

376-710

710

1.19
 

кI, куб.

–

–

–

53.634

20.768

-81.748

710-1400

1400

12.8
 

ж

–

–

–

90

–

–

1400-3000

–

–

CuSO4

к, ромб.

16.86

109.2

98.87

89. 674

106.341

17.016б

298.15-1100

–

–
 

ж

–

–

–

159.4

–

–

1100-2000

–

–

 

aCp°(T)=a + bT – cT-2 + dT2 + eT3 (вДж×K‑1×моль‑1)

Cu:  бd=-13.927×10-6,   e=7.476. 10-9

CuBr:  б d=-4815. 530×10-6,  e=3620.190. 10-9

CuI:  б d=1119.510.10-6

Cu2S:  б d=-10044.20×10-6,  e=4895.09.10-9

CuSO4:  б d=-37.887.10-6

+7(495)988-30-04

Дополнительные мобильные телефоны –

+7(915)332-61-30 +7(916)328-86-67

МЕДЬ

  • МЕДНЫЙ ПРОКАТ
  • СВОЙСТВА МЕДИ
  • ГОСТы на МЕДЬ
  • Контакты и реквизиты
  • РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА

МЕТАЛЛОПРОКАТ

  • ЛАТУНЬ
  • МЕДЬ
  • БРОНЗА
  • АЛЮМИНИЙ
  • ТИТАН
  • ОЛОВО
  • НИКЕЛЬ
  • ЦИНК
  • РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА

Шаг пятый.

Медь vs алюминий

16 февраля 2004, понедельник 14:06

blog_user_F0 [ ] для раздела Блоги

Шаг пятый.
Предыдущие шажки можно увидеть здесь.
Достался мне тут недавно бракованный кулер Titan D5TB/Cu35. Все было нормально, но основание не отшлифовано совсем, медный пятак имел частые борозды видимо от отрезного станка глубиной примерно 0,5 мм.
Решено было – отполировать и поставить.
Эффект превзошел все ожидания. Температура, под нагрузкой, упала до 47 градусов.
Как это возможно? Алюминий эффективней меди?

В теории:

Теплопроводность:
Алюминий 180-200 Вт/м*К
Медь обычная 300-320 Вт/м*К

Плотность:
Рал=2700 кг/м3
Рмед=8940 кг/м3, где Р-плотность

Удельная теплоёмкость:
Алюминий – 880 Дж / кг*К
Медь – 385 Дж / кг*К

видим, что:
· плотность меди выше, чем у алюминия примерно в 3,31 раза
· теплопроводность меди выше, чем у алюминия примерно в 1,66-1,75 раза
· теплоёмкость медного радиатора меньше, чем у алюминиевого примерно в 2,28 раза, при равной массе.

Таким образом, если радиаторы одинаковые по размерам и форме, то выполненный из меди будет в 3,31 раза тяжелее, его теплоемкость будет примерно в 1.44 раз больше чем у алюминиевого. Следовательно, при одинаковой нагрузке медный радиатор нагреется в 1.44 раза меньше. При большей разнице температур между процессорным ядром и радиатором теплообмен проходит эффективнее, следовательно, медный радиатор лучше.
Но на практике, я заменил медный радиатор на алюминиевый и выиграл. Почему?
В данном случае я заменил небольшой, но тяжелый радиатор от Thermaltake Volcano 10, с частыми тонкими ребрами, на вдвое больший радиатор от Titan D5TB/Cu35 с достаточно редкими и толстыми ребрами. Масса радиаторов примерно равна, поэтому теплоемкость алюминиевого радиатора будет больше. Следовательно, нагреваться он будет дольше. Кроме того, сопротивление воздушному потоку меньше из-за большей ширины каналов. Следовательно, через алюминиевый радиатор проходит большее количество воздуха, и он (воздух) забирает больше тепла. Тепловой баланс устанавливается на низшей отметке температуры, так как, во-первых, за единицу времени больше тепла отдается в атмосферу вследствие большего количества проходящего воздуха, а площадь теплообмена у обоих радиаторов примерно равна. А во-вторых, сам радиатор нагревается медленнее вследствие большей теплоемкости, поэтому для достижения равной с медным радиатором температуры алюминиевому требуется больше времени, что усугубляет первое положение. Кроме того, возможно в радиаторе от Thermaltake Volcano 10 образовывались не продуваемые зоны, в которых застаивался теплый воздух.
Основное преимущество меди, большая теплопроводность, в данном случае существенного влияния не оказывает, ввиду слабого воздушного потока вследствие чего и алюминиевый и медный радиаторы успевают равномерно распределить тепло по поверхности своих ребер и, следовательно, единица площади ребер обоих радиаторов отдает воздуху примерно равное количество тепла.
Все, что здесь написано, отражает мою личную точку зрения и не более. Я не старался придерживаться классической терминологии и возможно применил неверные определения, за что прошу строго меня не судить.

Конструктивная критика принимается здесь.