Pinnatehnilised mõjud alumiiniumplaadi termilisele jõudlusele
Värskelt masinatöökojast pärit alumiiniumist soojendusplaat on välimuselt särav ja metalne. Õhuga kokkupuutumisel tekib alumiiniumil aga kohe õhuke oksiidkile. Paljude tööstuslike plaatide puhul on seda looduslikku oksiidi kõva anodeerimisega tahtlikult paksendatud, saades vastupidava, tumeda keraamilise{2}}taolise pinnakihi.
See kiht toimib soojusliidesena küttesüsteemi ja tööpinna vahel. Theoksiidkiht alumiiniumplaadi soojustakistusmuutub soojusülekande käitumise mõõdetavaks teguriks, eriti süsteemides, mis nõuavad kiiret reageerimist ja täpset temperatuuri reguleerimist.
Kaitsev keraamiline nahk on soe tekk, mis sobib metallile, kuid aeglustab veidi kuumuse väljapääsu.
Alumiiniumi ja alumiiniumoksiidi materjaliomadused
Kõrge juhtivusega alusmaterjal
Puhtal alumiiniumil on kõrge soojusjuhtivus, tavaliselt:
Ligikaudu170 W/m·K
See omadus võimaldab kiiret soojuse jaotumist kogu plaadi korpuses, muutes alumiiniumi eelistatud materjaliks dünaamilistes soojussüsteemides.
Madala juhtivusega oksiidkiht
Looduslikult moodustunud või anodeeritud alumiiniumoksiidil on oluliselt madalam soojusjuhtivus:
Ligikaudu1–2 W/m·K
Võrreldes mitteväärismetalliga, on see kahe suurusjärgu võrra väiksem. Kuigi oksiidikiht on õhuke, tekitab selle madal juhtivus pinnale selge soojustakistuse.
Oksiidikihi soojustakistus
Paksusest{0}}sõltuv takistus
Materjalikihi soojustakistus on määratletud järgmiselt:
R=paksus / soojusjuhtivus
Kõva anodeeritud alumiiniumpinna jaoks:
Tüüpiline paksus:25-50 mikronit
Soojusjuhtivus:~1–2 W/m·K
Isegi sellel mikroskoopilisel skaalal tekitab kiht mõõdetavat soojusbarjääri.
Mõju soojusülekande jõudlusele
Suure soojusvoo tingimustes võib 50-mikronine anodeeritud kiht toota:
Väike, kuid mõõdetav temperatuurilangus üle pinnakihi
Pinnatemperatuuri reaktsiooni väike viivitus
Seadeväärtuse säilitamiseks suurendati küttekeha sisetemperatuuri
Kuigi absoluutne temperatuuride erinevus on tavaliselt tagasihoidlik, muutub see oluliseks ülitäpse{0}}või kiire{1}}tsükliga soojussüsteemide puhul.
Mõju plaadi termilisele dünaamikale
Aeglasem pinnareaktsioon dünaamilises töös
Kiire termilise tsükliga rakendustes põhjustab oksiidikiht väikese viivituse soojusülekandes sisemistest kütteseadmetest välisele tööpinnale. Selle põhjuseks on:
Vähendatud pinnasoojusvoo ülekande efektiivsus
Täiendav termilise liidese takistus
Viivitatud tasakaal südamiku ja pinna temperatuuride vahel
Selle tulemusena võivad juhtimissüsteemid vajada pisut suuremat sisemist energiasisendit, et saavutada identne pinna jõudlus võrreldes palja alumiiniumiga.
Tehke jõudluse ja vastupidavuse vahel-allahindlus
Paljas alumiinium pakub:
Maksimaalne soojusjuhtivus
Minimaalne liidese takistus
Siiski esitab see ka:
Vastuvõtlikkus kulumisele
Vähendatud korrosioonikindlus
Madalam pinna kõvadus
Anodeeritud pinnad tagavad parema mehaanilise ja keemilise stabiilsuse väikese termilise karistuse hinnaga.
Tehnilised tagajärjed plaadi kujundamisel
Kompensatsioon juhtimissüsteemides
Täppissoojussüsteemides kompenseeritakse oksiidikihtide lisatakistus tavaliselt järgmiselt:
Kergelt kõrgendatud küttekeha seadeväärtused
PID häälestuse reguleerimine
Soojusmodelleerimise parandused projekteerimisetapis
Need kompensatsioonid tagavad pinnatemperatuuri täpsuse vaatamata pinnatakistuse olemasolule.
Tähtsus suure jõudlusega{0}}rakenduste puhul
Mõju muutub olulisemaks:
Kiiresti soojendavad ja jahutavad plaadid
Suure soojusvooga lamineerimissüsteemid
Täpsed komposiitkõvastumistööriistad
Õhukese{0}}naha termilise töötlemise seadmed
Sellistes süsteemides võivad isegi väikesed termilised viivitused protsessi ühtlust mõjutada.
Järeldus
Alumiiniumplaadil olev oksiidikiht loob väikese, kuid mõõdetava soojustakistuse, mis vähendab veidi soojusülekande efektiivsust sisemiselt soojendilt tööpinnale. Kuigi alumiinium on endiselt suurepärane soojusjuht, muudab kõva anodeeritud või loodusliku oksiidikihi olemasolu selle pinna soojusülekande omadusi prognoositaval viisil.
Theoksiidkiht alumiiniumplaadi soojustakistuskujutab endast tahtlikku tehnilist kompromissi{0}}parema vastupidavuse ja veidi vähendatud termilise tundlikkuse vahel. See tasakaal on tööstuslike plaatide kujundamisel laialdaselt aktsepteeritud.
Isegi alumiiniumi kõige õhemal kaitsekihil on mõõdetav termiline isiksus, mis näitab, et pinnakeemia mängib peent, kuid olulist rolli termilise süsteemi üldises käitumises.
