Miedziany czy aluminiowy radiator?

Jaki byłby lepszy radiator do kupienia, miedziany lub aluminiowy? Co robi miedź, czego nie robi aluminium? Wiem, że jest droższy i cięższy, więc jaka jest zaleta miedzi?

EDYCJA: więcej szczegółów na temat aplikacji. Potrzebuję radiatora do modułu Peltiera TEG, fajna strona. Źródłem mocy jest po prostu ciepło dłoni, pochodzące z gorącej strony. Aby nie zneutralizować obu stron peltiera, używam radiatorów do chłodzenia drugiej strony. Dlatego potrzebuję najmocniejszego dostępnego radiatora, aby peltier mógł wytwarzać napięcie dłużej.

Masz wiele dobrych informacji od powyższych użytkowników! Proszę, uważam moją odpowiedź za znaczącą i ważną nieco nadżegliwą wobec porad, które macie już:

Materiał interfejsu termicznego (TIM) może mieć równie duże znaczenie, a nawet większy niż materiał wybrany na radiator! Mówię to z doświadczenia i osobiście testując dziesiątki rodzajów i odmian materiałów interfejsu. Twój budżet, metody załączników i inne parametry projektu prawdopodobnie zawężą twój wybór określonego typu TIM. Na przykład: pasta wymaga mechanicznego zabezpieczenia radiatora, a klej nie. Niektóre materiały są niechlujne i trudne w użyciu, ale działają dobrze, a niektóre rzeczy są prawie bezwartościowe w działaniu i mogą lub nie mogą być łatwe w użyciu.

Powiedziałbym z dużą pewnością, że TIM, którego używasz, może mieć znacznie większe znaczenie niż w przypadku miedzi lub aluminium. Nie w każdym przypadku różnice w wydajności mogą być zaskakujące.

Poszukiwanie popularnych i dobrze sprawdzonych materiałów na procesory / radiatory może dać ci kilka dobrych opcji do wyboru.

Powodzenia!

Miedź ma lepszą przewodność cieplną.

Aluminium - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Miedź -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(stąd, równieżtutaj)

Ale przewodnictwo cieplne w materiale stałym to tylko część historii. Reszta historii zależy od tego, gdzie chce się zrzucić ciepło.

Płynny płyn chłodzący

Miedziany radiator (można go również nazwać blokiem wymiany ciepła) będzie działał lepiej niż aluminium.

Powietrze z wymuszoną konwekcją

Innymi słowy, na radiator wieje wentylator. Miedziany radiator będzie działał lepiej niż aluminium.

Powietrze z naturalnym konwekcją

Zaoszczędziłem najlepiej na koniec. Wygląda również na przypadek OP.

Przy naturalnym powietrzu konwekcyjnym miedziany radiator działa tylko nieznacznie ¹ lepiej (w ° C / W) niż aluminium. Wynika to z faktu, że wąskim gardłem nie jest transfer z metalem. Kiedy masz powietrze z naturalną konwekcją, wąskim gardłem jest transfer między metalem a powietrzem, i to samo dotyczy Al i Cu.

¹ _{Mogę dodać, że krańcowy wzrost często nie jest wart kosztu Cu.}

Krzywa ta pokazuje nieliniową zależność między przenoszeniem ciepła a przewodnością cieplną materiału. Krzywa jest ogólna. Dotyczy to każdego zastosowania, w którym zarówno całkowite przewodzenie ciepła ma elementy przewodzące i konwekcyjne. [Promieniowanie jest zwykle niewielkie i jest ignorowane w tym obliczeniu.] Kształt krzywej jest taki sam, niezależnie od zastosowania. Wartości ilościowe na osiach nie są pokazane, ponieważ zależą od mocy, wielkości części i warunków chłodzenia konwekcyjnego. Stają się one ustalone dla dowolnej aplikacji i zestawu warunków. Z kształtu krzywej wynika, że ​​przenoszenie ciepła zależy od przewodności cieplnej materiału, ale jest też punkt, kolano na krzywej, w którym zwiększenie przewodności cieplnej powoduje nieznaczną poprawę przenoszenia ciepła .
(źródło , wyróżnienie moje NA)

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 to tworzywo sztuczne ( źródło )

To złożone pytanie, z wieloma czynnikami. Spójrzmy na niektóre właściwości fizyczne:

• $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • miedź: 400
  • aluminium: 235
• $\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • miedź: 3,45
  • aluminium: 2,42
• $\mathrm{g \over cm^3}$
  • miedź: 8,96
  • aluminium: 2.7
• $\mathrm V$
  • miedź: -0,35
  • aluminium: -0,95

Co oznaczają te właściwości? Dla wszystkich poniższych porównań rozważ dwa materiały o identycznej geometrii.

Wyższa przewodność cieplna miedzi oznacza, że ​​temperatura na radiatorze będzie bardziej jednolita. Może to być korzystne, ponieważ boki radiatora będą cieplejsze (a przez to bardziej efektywnie promieniujące), a gorący punkt przymocowany do obciążenia termicznego będzie chłodniejszy.

Większa wolumetryczna pojemność cieplna miedzi oznacza, że ​​podniesienie temperatury radiatora zajmie większą ilość energii. Oznacza to, że miedź jest w stanie bardziej „wygładzić” obciążenie termiczne. Może to oznaczać, że krótkie okresy obciążenia cieplnego skutkują niższą temperaturą szczytową.

Oczywiście, większa gęstość miedzi czyni ją cięższą.

Różny wskaźnik anodowy materiałów może uczynić jeden materiał bardziej korzystnym, jeśli problemem jest korozja galwaniczna . To, co jest bardziej korzystne, będzie zależeć od tego, jakie inne metale mają kontakt z radiatorem.

W oparciu o te właściwości fizyczne miedź wydaje się mieć w każdym przypadku doskonałą wydajność cieplną. Ale jak to przekłada się na rzeczywistą wydajność? Musimy wziąć pod uwagę nie tylko materiał radiatora, ale także jego interakcję z otoczeniem. Interfejs między radiatorem a jego otoczeniem (zwykle powietrze) jest bardzo znaczący. Ponadto istotna jest także szczególna geometria radiatora. Musimy rozważyć wszystkie te rzeczy.

W badaniu przeprowadzonym przez Michaela Haskella, Porównując wpływ różnych materiałów radiatora na wydajność chłodzenia przeprowadzono kilka testów empirycznych i obliczeniowych na radiatorach z aluminium, miedzi i grafitu o identycznej geometrii. Mogę rażąco uprościć ustalenia: (i zignoruję radiator z pianki grafitowej)

W przypadku konkretnej badanej geometrii aluminium i miedź miały bardzo podobną wydajność, przy czym miedź była tylko nieco lepsza. Aby dać Ci pomysł, przy przepływie powietrza 1,5 m / s opór cieplny miedzi od grzejnika do powietrza wynosił 1,637 K / W, a aluminium 1,677. Liczby te są tak bliskie, że trudno byłoby uzasadnić dodatkowy koszt i wagę miedzi.

Ponieważ radiator staje się duży w porównaniu do chłodzonego elementu, miedź zyskuje przewagę nad aluminium dzięki wyższej przewodności cieplnej. Wynika to z faktu, że miedź jest w stanie utrzymać bardziej równomierny rozkład ciepła, efektywniej odprowadzając ciepło do kończyn i efektywniej wykorzystując cały obszar promieniowania. W tym samym badaniu przeprowadzono badanie obliczeniowe dużej chłodziarki procesora i obliczono opory cieplne 0,57 K / W dla miedzi i 0,69 K / W dla aluminium.

Przewodność cieplna miedzi jest prawie o 60% wyższa niż przewodności aluminium. Oznacza to, że miedziany radiator będzie znacznie skuteczniejszy w usuwaniu ciepła niż aluminiowy.

To, co wybierzesz, jest kwestią kompromisu: radiatory alumimowe są tańsze i lżejsze, a zatem są pierwszym wyborem do projektowania ogólnego. Jednak tam, gdzie trzeba usuwać duże ilości ciepła na małej przestrzeni, miedź może być lepsza.

Nie można jednak dokonać bezwzględnego porównania obu materiałów bez znajomości konkretnego zastosowania i innych ograniczeń konkretnego projektu, do którego należy dostosować radiator.

Należy wziąć pod uwagę inne czynniki (w tym środowisko, w którym radiator musi „żyć”).

Miedź jest w stanie przewodzić ciepło lepiej niż aluminium, ale należy rozważyć sprzężenie cieplne między źródłem ciepła a radiatorem, a także między radiatorem a „światem zewnętrznym”.

Na przykład, czy radiator jest sprzężony z wolnym powietrzem przez małe żebra? A może jest sprzężony z płynem chłodzącym płynącym w rurze? Czy konwekcja jest zaangażowana w proces usuwania ciepła, czy też promieniowanie cieplne jest podstawowym mechanizmem (pomyśl o sondach kosmicznych jako o ekstremalnym przypadku). Czy środowisko może powodować korozję (urządzenia podwodne; urządzenia wewnątrz reaktora chemicznego)? Niektóre stopy są bardziej odporne na określony rodzaj korozji niż inne.

Miedź ma około 50% i dwukrotnie przewodzi ciepło aluminium w zależności od stopu, więc dla danej wydajności radiator miedzi może być o połowę mniejszy od aluminiowego.

Jednak miedź jest znacznie droższa niż aluminium i nieco trudniejsza do wyprodukowania, więc jest droższa w produkcji. W niektórych przypadkach warto zapłacić za mały rozmiar.