Hva måler termisk ledningsevne
Termisk ledningsevne, uttrykt i watt per meter kelvin, W/(m·K), angir hvor mye varme som krysser en enhetstykkelse av et materiale for en gitt temperaturforskjell. Det er den viktigste materialegenskapen i vegg--tykkelsesbegrepet for enhver varme-overføringsberegning, fordi den angir hvor mye av den totale motstanden mot varmestrøm som kommer fra selve metallet i stedet for fra de to væskefilmene.
For den smidde messingen faller eiendommen i et bånd på omtrent 109 til 170 W/(m·K) ved romtemperatur. Det plasserer familien godt over karbonstål og rustfritt stål og under ulegert kobber. Spredningen innenfor båndet er ikke tilfeldig: den er nesten utelukkende drevet av hvor mye sink og hvor mange andre elementer som er tilsatt kobbergitteret.
Typiske termiske konduktivitetsverdier etter karakter
| Karakter | Nominell sammensetning | Termisk ledningsevne ved 20 grader , W/(m·K) |
|---|---|---|
| C11000 ETP kobber | 99,90 % Cu | 388 |
| C23000 rød messing | 85 % Cu, 15 % Zn | 159 |
| C26000 patron i messing | 70 % Cu, 30 % Zn | 121 |
| C36000 gratis-skjærende messing | 61,5 % Cu, 35,5 % Zn, 3 % Pb | 115 |
| C44300 admiralitetsmessing | 71 % Cu, 28 % Zn, 1 % Sn | 109 |
| C70600 kobber-nikkel 90/10 | Cu, 10 % Ni, 1,3 % Fe | 45 |
Verdiene gjelder for smidt materiale i glødet tilstand ved ca. 20 grader. De er figurene som normalt brukes for foreløpig design; der plikten er kritisk, bør møllesertifikatet for den faktiske varmen brukes sammen med temperaturkorreksjonen som passer til tjenesteområdet.
Hva styrer verdien
Sinkinnhold.Sink i fast løsning sprer elektronene som bærer varme i kobber. Hver ekstra prosent sink reduserer varmeledningsevnen, og derfor er 85/15 rødmessing omtrent 30 % mer ledende enn 70/30 patronmessing.
Tinn, arsen og aluminium.Disse elementene er lagt til for korrosjonsbestandighet og styrke, og hver av dem reduserer ledningsevnen ytterligere. Admiralitetsmessing, med 1 % tinn og spor av arsenikk, sitter nederst på det smidde messingbåndet.
Bly.Bly legges til gratis-skjærende messing for bearbeidbarhet. Effekten på ledningsevnen er beskjeden ved de 2-3 %-nivåene som brukes i praksis.
Kaldt arbeid.Kuldreduksjon endrer mekaniske egenskaper og elektrisk motstand markant, men effekten på termisk ledningsevne er liten i forhold til belastningsnivåene som oppstår i kommersielle temperamenter.
Temperatur.Over det normale bruksområdet for kobberlegeringer, omtrent -50 til 200 grader, har temperaturen bare en beskjeden effekt, og romtemperaturverdien er tilstrekkelig for de fleste tekniske estimater.
Elektrisk ledningsevne som et raskt kryss-sjekk
Varme og elektrisk ladning bæres begge hovedsakelig av frie elektroner, så de to egenskapene beveger seg sammen i samme legeringsfamilie. En smidd messing som C26000 med omtrent 28 % IACS elektrisk ledningsevne har en termisk ledningsevne nær 121 W/(m·K). C44300, ved omtrent 26 % IACS, faller til omtrent 109 W/(m·K). Urent, oksidert eller sterkt bearbeidet materiale mister begge egenskapene sammen.
Dette forholdet er nyttig ved innkjøp. Når et datablad siterer en termisk ledningsevne som er inkonsistent med den elektriske ledningsevnen gitt på samme side, har en av de to figurene blitt kopiert feil, og materialet bør ikke aksepteres for en termisk kritisk applikasjon før fabrikksertifikatet er -kontrollert på nytt mot gjeldende standard.
Hvor eiendommen bestemmer utformingen
Varmeveksler og kondensatorrør.Kobberlegeringer brukes nettopp fordi deres ledningsevne holder veggmotstanden liten i forhold til vann-sidefilmen, noe som tillater kompakte skall og færre rør.
Radiatorer og varmespredere.Her sprer høy ledningsevne varme sideveis slik at et lite finneområde kan brukes; rød messing og patronmessing er vanlige valg.
VVS og kjøling.Rør- og ventilhus i messing drar nytte av rask, jevn varmeoverføring og styrken som sink tilfører.
Elektriske kontakter og samleskinne.Konduktivitet og strømføringsevne-må balanseres mot styrken og slitestyrken som messing gir.
Praktiske merknader om valg
Konduktivitet bør behandles som én egenskap i et sett, ikke som målet i seg selv. En karakter valgt utelukkende på grunn av konduktivitetstallet kan vise seg å være for myk for de involverte belastningene eller for utsatt for avzinking i bruksvannet. Typisk praksis er å velge legeringen først på grunn av korrosjon, styrke og formbarhet, og deretter kontrollere at den termiske ledningsevnen fortsatt oppfyller varmeoverføringsplikten med et akseptabelt overflateareal.
Ytterligere to punkter er verdt å huske. For det første dominerer overflatebegroing og avleiring vanligvis varmeoverføring når en veksler er i drift, så en liten forskjell i metallledningsevne mellom to kandidatlegeringer rettferdiggjør sjelden en endring i design. For det andre, fordi messing skiller seg fra kobber med en faktor på tre i konduktivitet, er det å erstatte kobber med messing for en termisk kritisk komponent en reell ingeniørbeslutning snarere enn en enkel materialerstatning.
FAQ
Spørsmål: Hva er den termiske ledningsevnen til messing?
For smidd messing ligger verdien normalt mellom ca. 109 og 170 W/(m·K) ved romtemperatur. Den nøyaktige figuren avhenger av sammensetningen: høy-kobberrød messing er i den øvre enden og tinn-bærende admiralitetsmessing i den nedre enden.
Spørsmål: Hvilken messing har høyest varmeledningsevne?
Innen messingfamilien leder de høye-kobber, lave-sinkkvalitetene varme best. C23000 rødmessing ved 85 % kobber er rundt 159 W/(m·K), merkbart bedre enn 70/30 patronmessing ved ca. 121 W/(m·K).
Spørsmål: Reduserer sink termisk ledningsevne i messing?
Ja. Sink oppløst i kobbergitteret sprer ledningselektroner, så hver tilsatt prosent av sink senker termisk ledningsevne så vel som elektrisk ledningsevne.
Spørsmål: Hvordan er messing sammenlignet med kobber for varmeoverføring?
ETP-kobber på rundt 388 W/(m·K) er mer enn tre ganger så ledende som patronmessing. Messing er likevel foretrukket for mange komponenter fordi det er sterkere, maskinerer bedre og koster mindre, noe som ofte betyr mer enn konduktivitetsforskjellen.
Spørsmål: Hvordan konverterer jeg imperiale konduktivitetsenheter til W/(m·K)?
Multipliser en verdi i Btu·ft/(ft²·h·grad F) med 1,7307 for å få W/(m·K). Kontrollen er enkel: 121 W/(m·K) er det samme som ca. 70 Btu·ft/(ft²·h·grad F), tallet som vanligvis oppgis for 70/30 patronmessing.
Spørsmål: Blir messing varmeledningsevne påvirket av kaldbearbeiding?
Bare litt. Kuldreduksjon øker styrke og elektrisk motstand, men endrer termisk ledningsevne med en liten mengde ved kommersielle tempereringsnivåer, så den glødede verdien brukes normalt i designberegninger.
