การนำความร้อนของทองเหลือง: ค่าทั่วไป ปัจจัยที่มีอิทธิพล และการประยุกต์

มาตรการการนำความร้อนคืออะไร

ค่าการนำความร้อน แสดงเป็นหน่วยวัตต์ต่อเมตรเคลวิน W/(m·K) ระบุว่าความร้อนที่ผ่านความหนาของวัสดุหนึ่งหน่วยเป็นเท่าใดสำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิที่กำหนด เป็นคุณสมบัติของวัสดุที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวใน-เงื่อนไขความหนาของผนังของการคำนวณการถ่ายเทความร้อน- เนื่องจากจะกำหนดจำนวนความต้านทานรวมต่อการไหลของความร้อนที่มาจากตัวโลหะเอง แทนที่จะเป็นจากฟิล์มของไหลทั้งสอง

สำหรับทองเหลืองดัด คุณสมบัติจะอยู่ในช่วงประมาณ 109 ถึง 170 W/(m·K) ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งทำให้ตระกูลนี้อยู่เหนือเหล็กกล้าคาร์บอนและสเตนเลส และต่ำกว่าทองแดงที่ไม่เจือ การแพร่กระจายภายในแถบไม่ใช่แบบสุ่ม: เกือบทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยปริมาณสังกะสีและองค์ประกอบอื่นๆ ที่เติมลงในโครงตาข่ายทองแดง

ค่าการนำความร้อนโดยทั่วไปตามเกรด

ค่านี้ใช้กับวัสดุดัดในสภาวะอบอ่อนที่อุณหภูมิประมาณ 20 องศา เป็นตัวเลขที่ปกติจะใช้ในการออกแบบเบื้องต้น ในกรณีที่หน้าที่มีความสำคัญควรใช้ใบรับรองโรงสีสำหรับความร้อนจริงร่วมกับการแก้ไขอุณหภูมิให้เหมาะสมกับช่วงการให้บริการ

สิ่งที่ควบคุมคุณค่า

ปริมาณสังกะสีสังกะสีในสารละลายของแข็งจะกระจายอิเล็กตรอนที่นำพาความร้อนไปยังทองแดง สังกะสีที่เพิ่มขึ้นทุกๆ เปอร์เซ็นต์จะช่วยลดการนำความร้อนลง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมทองเหลืองสีแดง 85/15 จึงนำไฟฟ้าได้มากกว่าทองเหลืองตลับ 70/30 ประมาณ 30 %

ดีบุก สารหนู และอะลูมิเนียมองค์ประกอบเหล่านี้ถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรง และแต่ละองค์ประกอบจะลดการนำไฟฟ้าลงอีก ทองเหลืองทหารเรือที่มีดีบุก 1 % และมีสารหนูเล็กน้อย อยู่ที่ด้านล่างของวงทองเหลืองดัด

ตะกั่ว.มีการเพิ่มตะกั่วลงในทองเหลืองสำหรับตัด-ฟรีเพื่อให้สามารถแปรรูปได้ ผลกระทบต่อการนำไฟฟ้าจะเล็กน้อยที่ระดับ 2-3 % ที่ใช้ในทางปฏิบัติ

งานเย็น.การลดความเย็นเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลและความต้านทานไฟฟ้าอย่างเห็นได้ชัด แต่ผลกระทบต่อการนำความร้อนมีน้อยเกินกว่าระดับความเครียดที่พบในอารมณ์ทางการค้า

อุณหภูมิ.ในช่วงการบริการปกติของโลหะผสมทองแดง ประมาณ -50 ถึง 200 องศา อุณหภูมิมีผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และค่าอุณหภูมิห้องก็เพียงพอสำหรับการประมาณการทางวิศวกรรมส่วนใหญ่

การนำไฟฟ้าเป็น Fast Cross-ตรวจสอบ

ประจุความร้อนและไฟฟ้าถูกพาโดยอิเล็กตรอนอิสระเป็นหลัก ดังนั้นคุณสมบัติทั้งสองจึงเคลื่อนที่ไปรวมกันในตระกูลโลหะผสมเดียวกัน ทองเหลืองดัด เช่น C26000 ที่มีค่าการนำไฟฟ้า IACS ประมาณ 28 % มีค่าการนำความร้อนใกล้เคียง 121 W/(m·K) C44300 ที่ประมาณ 26 % IACS ตกเหลือประมาณ 109 W/(m·K) วัสดุที่ไม่บริสุทธิ์ ออกซิไดซ์หรือใช้งานหนักจะสูญเสียคุณสมบัติทั้งสองอย่างร่วมกัน

ความสัมพันธ์นี้มีประโยชน์ในการซื้อ เมื่อเอกสารข้อมูลเสนอราคาค่าการนำความร้อนที่ไม่สอดคล้องกับค่าการนำไฟฟ้าที่ให้ไว้ในหน้าเดียวกัน ตัวเลขหนึ่งในสองตัวเลขนั้นถูกคัดลอกอย่างไม่ถูกต้อง และไม่ควรยอมรับวัสดุสำหรับการใช้งานที่มีความสำคัญต่อความร้อนจนกว่าใบรับรองโรงสีจะได้รับ-ตรวจสอบกับมาตรฐานที่ควบคุมอีกครั้ง

ในกรณีที่ทรัพย์สินตัดสินใจออกแบบ

ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนและคอนเดนเซอร์โลหะผสมทองแดงถูกนำมาใช้อย่างแม่นยำเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าทำให้ความต้านทานของผนังมีน้อยเมื่อเทียบกับฟิล์มด้านข้างน้ำ- ทำให้มีเปลือกที่กะทัดรัดและใช้ท่อน้อยลง

หม้อน้ำและเครื่องกระจายความร้อนที่นี่ค่าการนำไฟฟ้าสูงจะกระจายความร้อนไปด้านข้างเพื่อให้สามารถใช้พื้นที่ครีบขนาดเล็กได้ ทองเหลืองแดงและทองเหลืองตลับเป็นตัวเลือกทั่วไป

HVAC และเครื่องทำความเย็นตัวท่อและวาล์วทำจากทองเหลืองจะได้ประโยชน์จากการถ่ายเทความร้อนที่สม่ำเสมอและรวดเร็ว และจากความแข็งแรงที่สังกะสีเพิ่มเข้ามา

ขั้วต่อไฟฟ้าและบัสบาร์ความสามารถในการนำไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า-ต้องสมดุลกับความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอของทองเหลือง

หมายเหตุการเลือกปฏิบัติ

ความนำไฟฟ้าควรถือเป็นคุณสมบัติเดียวในชุด ไม่ใช่เป็นวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียว เกรดที่เลือกมาสำหรับค่าการนำไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวอาจพิสูจน์ได้ว่าอ่อนเกินไปสำหรับภาระที่เกี่ยวข้องหรือมีแนวโน้มที่จะเกิดการสลายตัวของสังกะสีในน้ำบริการมากเกินไป แนวทางปฏิบัติโดยทั่วไปคือการเลือกโลหะผสมก่อนจากบริเวณที่มีการกัดกร่อน ความแข็งแรง และความสามารถในการขึ้นรูป จากนั้นจึงตรวจสอบว่าค่าการนำความร้อนยังคงเป็นไปตามหน้าที่การถ่ายเทความร้อน-โดยมีพื้นที่ผิวที่ยอมรับได้

อีกสองประเด็นที่ควรค่าแก่การจดจำ ประการแรก การเปรอะเปื้อนที่พื้นผิวและตะกรันมักจะครอบงำการถ่ายเทความร้อนเมื่อมีเครื่องแลกเปลี่ยนทำงาน ดังนั้นความแตกต่างเล็กน้อยในค่าการนำไฟฟ้าของโลหะระหว่างโลหะผสมที่เป็นตัวเลือกสองตัวจึงไม่ค่อยสมเหตุสมผลในการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ ประการที่สอง เนื่องจากทองเหลืองแตกต่างจากทองแดงด้วยค่าการนำไฟฟ้าสามเท่า การแทนที่ทองแดงด้วยทองเหลืองสำหรับส่วนประกอบที่มีความสำคัญต่อความร้อนจึงเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่แท้จริงมากกว่าการเปลี่ยนวัสดุอย่างง่าย

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: การนำความร้อนของทองเหลืองเป็นเท่าใด?
สำหรับทองเหลืองดัด โดยปกติค่าจะอยู่ระหว่างประมาณ 109 ถึง 170 W/(m·K) ที่อุณหภูมิห้อง รูปร่างที่แม่นยำนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ: ทองเหลืองทองแดงสีแดงสูง-อยู่ที่ปลายบนและทองเหลือง-ที่มีดีบุกอยู่ที่ปลายล่าง

ถาม: ทองเหลืองชนิดใดมีค่าการนำความร้อนสูงสุด?
ภายในตระกูลทองเหลือง เกรดสังกะสี-ทองแดงสูง ต่ำ- จะนำความร้อนได้ดีที่สุด ทองเหลืองแดง C23000 ที่ทองแดง 85 % อยู่ที่ประมาณ 159 W/(m·K) ซึ่งดีกว่าทองเหลืองตลับ 70/30 ที่ประมาณ 121 W/(m·K) อย่างเห็นได้ชัด

ถาม: สังกะสีลดการนำความร้อนในทองเหลืองหรือไม่?
ใช่. สังกะสีที่ละลายในตาข่ายทองแดงจะกระจายอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้า ดังนั้นแต่ละเปอร์เซ็นต์ของสังกะสีที่เพิ่มเข้าไปจะช่วยลดการนำความร้อนและการนำไฟฟ้าลง

ถาม: ทองเหลืองเปรียบเทียบกับทองแดงในการถ่ายเทความร้อนได้อย่างไร?
ทองแดง ETP ที่ประมาณ 388 W/(m·K) เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากกว่าทองเหลืองแบบตลับถึงสามเท่า อย่างไรก็ตาม ทองเหลืองเป็นที่ต้องการสำหรับส่วนประกอบหลายๆ ชิ้น เนื่องจากมีความแข็งแรงกว่า เครื่องจักรดีกว่า และราคาถูกกว่า ซึ่งมักมีความสำคัญมากกว่าความแตกต่างของค่าการนำไฟฟ้า

ถาม: ฉันจะแปลงหน่วยการนำไฟฟ้าแบบอิมพีเรียลเป็น W/(m·K) ได้อย่างไร
คูณค่าในหน่วย Btu·ft/(ft²·h· องศา F) ด้วย 1.7307 เพื่อให้ได้ W/(m·K) การตรวจสอบนั้นง่ายดาย: 121 W/(m·K) เท่ากับประมาณ 70 Btu·ft/(ft²·h· องศา F) ซึ่งโดยปกติแล้วตัวเลขดังกล่าวจะอ้างอิงสำหรับหลอดทองเหลืองขนาด 70/30

ถาม: การนำความร้อนของทองเหลืองได้รับผลกระทบจากการทำงานเย็นหรือไม่
เพียงเล็กน้อยเท่านั้น การลดความเย็นจะเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานไฟฟ้า แต่การเปลี่ยนแปลงการนำความร้อนในปริมาณเล็กน้อยในระดับอุณหภูมิเชิงพาณิชย์ ดังนั้นค่าอบอ่อนจึงมักใช้ในการคำนวณการออกแบบ