در این مقاله به بررسی و مقایسه میزان گرمایش رادیاتورهای آلومینیومی ( تولید شده به روش اکسترود از آلومینیوم 6063 ) و رادیاتور های استنلس استیل( از نوع استیل 304 ) از منظر رسانندگی گرمایی (Thermal Conductivity) و انتقال حرارت جابجایی (Convection)، می پردازیم.
در حال حاضر رادیاتورهای استنلس استیل موجود در بازار از نوع استیل 304 تولید می شوند که طبق استاندارد دارای ویژگی های فیزیکی ذیل می باشد:
رادیاتور های آلومینیومی که در بازار موجود می باشند از دو نوع مختلف مواد اولیه تولید می شوند . رادیاتور های آلومینیومی دایکستی (که عموما در بهترین حالت دارای 80 درصد خلوص آلومینیوم می باشد). و رادیاتورهای آلومینیومی به روش اکسترود (که عمدتا درجه خلوص آلومینیوم در آن ها بیش از 98 درصد می باشد و از آلومینیوم 6063 استاندارد تولید می شوند ). طبعا رادیاتورهای آلومینیومی اکسترودی به جهت بالا بودن درجه خلوص آلومینیوم ویژگی های برتری نسبت به رادیاتورهای دایکستی دارند . در این مقاله نیز رادیاتورهای آلومینیومی اکسترود مورد بررسی قرار می گیرند.
خصوصیات فیزیکی آلومینیوم 6063 به شرح ذیل می باشد:
رسانندگی گرمایی (Thermal Conductivity) یا ضریب انتقال حرارت هدایتی:
خاصیتی از اجسام است که بیانگر توانایی آنها در انتقال گرما می‌باشد. و یکی از سه حالتی است که گرما انتقال پیدا می کند . حالت های دیگر انتقال گرما تشعشع و جابجایی می باشد.
آنچه مشخص است آلومینیوم 6063 نسبت به استنلس استیل 304 بیش از 13 برابر قدرت رسانندگی گرمایی دارد.
این ویژگی آلومینویم را به یک سوپر کنداکتور تبدیل می کند . بنابراین آلومینیوم 6063 به عنوان یکی از ایده آل ترین متریال ها جهت تولید رادیاتور های گرمایشی می تواند مورد استفاده قرار بگیرد.
این در صورتی است که طراحی پره های انتقال دهنده حرارت در دو رادیاتور آلومینیومی و استیل دارای یک میزان سطح تماس با محیط باشند . که اصولا رادیاتورهای آلومینیومی اکسترود به دلیل انعطاف پذیری بالا در تولید عموما دارای سطح تماس با هوای بیشتری هستند که این موضوع باعث افزایش میزان ظرفیت حرارتی رادیاتورهای آلومینیومی نسبت به رادیاتور استیل می گردد.
رادیاتور های آلومینیومی اکسترود از 2 منظر ظرفیت حرارتی بالاتری ایجاد می کنند:
1. رسانندگی گرمایی (Thermal Conductivity) یا ضریب انتقال حرارت هدایتی بالاتر (بیش از 13 برابر )
2. سطح تماس با هوا در هر پره رادیاتور
در فرمول محاسبه ظرفیت حرارتی رادیاتور هرچه بتوان سطح تماس با هوا را افزایش داد در اینصورت تاثیر مثبتی بر ظرفیت حرارتی نهایی خواهد داشت . رادیاتور های آنیت از آلومینیوم 6063 با سطح تماس هوای نسبتا 2 برابری در مقایسه با رادیاتورهای استیل طراحی و تولید می شوند . بنابراین از هر دو حیث یعنی رسانندگی گرمایی و سطح تماس با هوا رادیاتور آلومینیومی نسبت به رادیاتور استنلس استیل برتری دارد و این نکته یعنی ظرفیت حرارتی خروجی به مراتب بالاتر.
انتقال حرارت از طریق جریان جابجایی ( همرفتی) Convection
با چه روش هایی می توان کانوکشن را افزایش داد؟
۱- با زیاد کردن ضریب انتقال حرارت جابجایی
۲- ایجاد موانع روی سطوح جسم جامد که سبب می شود سطح مبادله حرارت بین سیال و جسم افزایش یابد. (افزایش سطح تماس)
۳- ایجاد تلاطم بیشتر در سرعت جریان سیال
همانطور که مشخص است رادیاتورهای آلومینیومی آنیت به نحوی طراحی شده اند که جریان همرفتی Convection در آن ها به حداکثر میزان ممکن رسیده و با بهره مندی از خاصیت Chimney Effect بیشترین میزان گرما و حرارت را با بهره گیری از جریان همرفتی به محیط اطراف خود انتقال می دهند. این در صورتی است که در رادیاتورهای استیل همانطور که در تصویر مشخص است به دلیل عدم انعطاف پذیری در تولید پره ها قابلیت ایجاد جریان همرفتی ندارند و عموما به همین دلیل حرارت کمتری به سمت محیط پرتاپ می کند.
گرداوری و تالیف: گروه تحقیق و توسعه آنیت
https://thermtest.com/what-is-thermal-conductivity
http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=mq304a
http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MA6063T6