Miks alumiinium edastab soojust nii tõhusalt?
Alumiinium ühendab endas ligikaudu 235 W/m·K soojusjuhtivuse ja vaid 2,70 g/cm³ tiheduse, mistõttu domineerib see jahutusradiaatorite, radiaatori südamike ja soojuslaoturite hulgas. Vabad elektronid kannavad suurema osa energiast, samas kui võre vibratsioonid ehk fononid käitlevad ülejäänud osa, nii et soojus levib läbi tahke osa, selle asemel et koguneda ühte kuuma kohta. Vask juhib siiski paremini kiirusel umbes 401 W/m·K, kuid see on rohkem kui kolm korda raskem, nii et juhtivuse -/-massi alusel võidab alumiinium tavaliselt korpuses.
Kaubanduslikult puhtad klassid nagu 1050, 1060 ja 1100 annavad kõrgeima juhtivuse. Legeerelemendid hajutavad elektrone ja tõmbavad arvu allapoole, nii et alltoodud väärtused on pigem juhised suuruse määramiseks, mitte sertifitseeritud veskikatseandmete asendamiseks.
| Hinne / iseloom | Soojusjuhtivus 20 kraadi juures (W/m·K) | Tüüpiline termiline koormus |
|---|---|---|
| 1060-O | 234 | Siinid, termopuisturid, fooliumist südamikud |
| 3003-H14 | 193 | Radiaatori ribid, soojusvaheti torud |
| 6061-T6 | 167 | Struktuursed jahutusradiaatorid, külmplaadid |
| 5052-H32 | 138 | HVAC ja merekorpused |
| 5083-O | 117 | Krüogeensed ja surveseadmed |
Soojuspaisumine: disaini juht, mida keegi ei saa ignoreerida
Alumiiniumi lineaarne soojuspaisumise koefitsient on umbes 23 × 10-6K kohta, peaaegu kaks korda suurem kui 12 × 10-6konstruktsiooniterase K kohta. 1 m alumiiniumosa kasvab seega iga 1 kraadise temperatuurimuutuse kohta ligikaudu 0,023 mm, mistõttu tekivad paisumisvahed, piludega poldiaugud ja nõuetele vastavad liimikihid kõikjal, kus metalli konstruktsiooniliselt kasutatakse. Koefitsient kuulub pigem alumiiniumvõrele kui temperamendile, nii et sulami valik nihutab seda vaevu ja kontrollimine järgib ASTM E228 tõuke{6}}varda dilatomeetriat.
Soojusvahetid, uimed ja mikrokanali geomeetria
Alumiiniumi juhtivuse-ja-massi suhe on ligikaudu viisteist korda suurem süsinikterasest, mistõttu on sellest valmistatud HVAC-spiraalid, autode radiaatorid ja kondensaatorid. Umbes 0,1 mm laiused uimed mitmekordistavad pindala tühise massi korral ja mikrokanalitorud suurendavad ülekannet veelgi, surudes külmaainet läbi paljude väikeste paralleelsete kanalite, mitte mõne suure.
Fooliumi ja uimede varusid tarnitakse peamiselt 1100, 1200, 3003, 8011 ja 8006, kusjuures 8011 ja 8006 kasutatakse seal, kus on vaja suuremat uimede tugevust.
Plakeeritud kõvajoodisleht kannab 4004 või 4045 sulamikihti, nii et üks ahjukäik ühineb kogu radiaatori südamikuga.
Plaat-uimesüdamikud sobivad õhkjahutusega-elektroonikale ja suruõhu{2}}kuivatitele, mille kompaktsus on olulisem kui rõhuklass.
Tugevus kõrgel ja madalal temperatuuril
Puhas alumiinium sulab umbes 660 kraadi juures ja see lagi kujundab iga kõrget{1}}temperatuuri puudutavat otsust. Saagistugevus langeb järsult üle ligikaudu 150 kraadi ja pidev tööaeg üle 400 kraadi põhjustab tera piiride difusiooni, mida jahtumine ei saa tagasi pöörata, samas kui lühike tõus 300 kraadini maksab umbes pool ruumi-temperatuuri tugevusest ainult seni, kuni osa taastub ümbritseva keskkonna temperatuurist. Ping-karastatud 3003, 3004, 5052 ja 5083 sobivad soojaks teenindamiseks ning külmas otsas omandab metall elastsuse ja sälkude tugevuse, mis paneb 5083, 5052 ja 6061 veeldatud-silmusgaasipaakidesse ja paisuvatesse paisupaakidesse.
Katted, vuugid ja praktilised piirangud
Anodeerimine, värvimine ja pulbervärvimine vähendavad pinna juhtivust, kuna oksiid- või polümeerkiht isoleerib, mistõttu termilise liidese alad maskeeritakse enne viimistlemist. Kui alumiinium kohtub märjas ja soojas keskkonnas terase või vasega, kontrollib galvaaniline korrosioon disaini ja nõuab isoleeritud seibe või kaitsekatet. Alumiinium talub ka vähem kõrget -deformatsiooni termotsükleid kui titaani- või nikli-põhisulamid, seega vajavad tsüklilised liigendid nõuetele vastavat geomeetriat. Alumiinium-räni täiteainega kõvajoodisjootmine hoiab vuugi temperatuuri põhimetalli sulamisvahemikust madalamal ja hõõrdkeevitus piirab paksude -profiilvuukide poorsust.
Korduma kippuvad küsimused
K: Mis on alumiiniumi soojusjuhtivus?
Puhas alumiinium juhib toatemperatuuril umbes 235 W/m·K, samas kui tavalised sulamid, nagu 3003, 6061 ja 5052, jäävad ligikaudu 120–195 W/m·K vahele.
K: Kas vask on parem soojusjuht kui alumiinium?
Vask juhib umbes 401 W/m·K ja alumiiniumi 235 W/m·K, kuid alumiinium kaalub umbes kolmandiku sellest, nii et selle juhtivuse -ja-massi suhe on tavaliselt kasulikum näitaja.
K: Kui palju alumiinium kuumutamisel paisub?
Lineaarne koefitsient on umbes 23 × 10-6K kohta, seega kasvab 1-meetrine alumiiniumvarras ligikaudu 0,023 mm 1 kraadi kohta ja ligikaudu 0,23 mm 10 kraadise tõusuga.
K: Kas alumiiniumi saab kasutada üle 300 kraadi?
Lühikesed ekskursioonid on talutavad, sest kütmisel kaotatud tugevus taastub pärast jahutamist, kuid pidev hooldus üle 400 kraadi rikub teravilja piire jäädavalt.
K: Miks on alumiiniumribid ainult umbes 0,1 mm paksused?
Õhukesed uimed tõstavad pinda ruumalaühiku kohta, hoides samal ajal kaalu ja materjalikulud madalad ning juhtivus on piisavalt kõrge, et ribi püsiks kogu pikkuses peaaegu isotermiline.
