מבוא חומרים Composite עבור יישומי Radiator

רדיטורים הם בכל מקום במערכות ניהול תרמיות, מעבורות קירור רכב לבניית HVAC ו-אירוspace אלקטרוניקה.באופן מסורתי, מתכות כגון ברזל, אלומיניום, ופלדה שלטו בבניית רדיור בשל התנהגות תרמית גבוהה שלהם הוכחו מניפולציה מוכחת, עם זאת, משקלם של קורנטורים מתכתיים הפך צוואר קריטי בהנדסה מודרנית, שבו כל גלוקס הציל תרגם ישירות ליעילות מופחתת של דלק, שיפור דרמטי של חומרים מטבוליים (מפסים), או מטבוליים משופרים) או חומרים מטבוליים משופרים (מדומים (מטען מגנטיים) משופרים משופרים) ולהפחית את רמת דלק מוגברת (מטען מגנטיים).

המונח "קומוט" כולל משפחה עצומה של חומרים.לפיתוח רדיור, המועמדים המבטיחים ביותר הם מרוכבים פולימרניים (PMCs) מתחזק עם סיבים מוליכים-תרמיים גבוהים, מרוקנים מתכתיים (MMCs) באמצעות אלומיניום או מזחלות נחושת עם חיזוקים קרמיקה, ופחמניאק פחמן-פחמימים עבור תקופות קיצוניות, כל מחלקה מביאה סחר ייחודי בין מחלות חום, קריפטטיביות, לבין לחץ מכני, קריפטטיבי, לחץ מכני, טמפרטורה יעילה, קריפטטיבית, לחץ אווירי, סביבת קירור יעיל, לחץ מכני, מערכת קירור, וחום, ומערכת קירור יעיל, מערכת קירור יעיל, קריפטומטי, וחום, סביבת קירור יעיל, וחום, וחום, קריפטטיבית, סביבת קירור יעיל, וחום, וחום, סביבת קירור יעיל, סביבת קירור יעיל, קריפטטיבי, סביבת קירור יעיל, סביבת קירור יעיל, קריפטומטי, סביבת קירור יעילה, סביבת קירור יעיל.

יתרונות מהירים מעל רדיטורים מתכתיים מסורתיים

הטבות ניכוי ויתרונות מערכת

(FLT:0 Light Weight BuildingFLT:1) הוא הנהג המשכנע ביותר. a carNicho-bras רדיורטור אופייני יכול לשקול 3-5 ק"ג; מוקרן מורכב שווה ערך באמצעות פולימר פולימר פחמן-מבר-רסן (CFRP) יכול לשקול פחות מ-1.5 ק"ג.באווירה, שבו משקל הוא במחיר של אלפי דולרים לליטרגרם, החיסכון הוא גם מהפך המונים.

קורוזיה והתנגדות כימית

קורנטורים מתכתיים סובלים מקורטוזיון גליוני, מתפתל ומדרג בנוכחות של קירור, במיוחד במערכות מורכבות מעורבות. מטריקס פולימר-מטרקס הם לארנטית ברוב הנוזלים הקירור, חיסול חלודה ורחב משמעותית את חיי השירות.תכונה זו היא בעלת ערך במיוחד בסביבות ימיות, עיבוד כימי תעשייתי וניהול סוללות חשמלי, שבו יכולת קירור היא רבת.

חופש עיצוב ואינטגרציה

תהליכי ייצור Composite - כגון תבניות דחיסה, שרף העברה עובש (RTM), ו הדפסה תלת-ממדית של סיבים רצופים - אפשרו גיאוגרפיות מורכבות כי הם בלתי אפשריים או יקר באופן בלתי חוקי עם מתכות מוטבעות או יציקות.מהנדסים יכולים לשלב נקודות עליות, עומסי נוזלים ואפילו צלעות מבניות ישירות לתוך הליבה של הרדינר, צמצום ספירה חלקית ומורכבות של תפוצה.

הנדסה ביצועים rmal Performance Engineering

בעוד מתכות כמו נחושת יש מוליכות תרמית גבוהה (~400 W / mK), הם צפופים ויקרים. Composites יכול להיות מותאם: סיבי פחמן מציגים מוליכות תרמית צירית עד 800 W / mK (חוש נחושת), אבל מוליכות הפוכה היא הרבה יותר נמוכה.על ידי אוורור סיבים לאורך כיוון זרימת החום הראשי, מעצבים יכולים להשיג התנהגויות תרמיות יעילות כי מתכות אחרות בעודם מתחמיים, כמו גם תכונות מיקרו-מדומים, או ממושכות לתוך תכונות מורכבות יותר, כגון שיפור עצמיות, כגון שיפור פשטות.

אפשרויות ל-Thermal Challenges

בחירת המערכת המורכבת אופטימלית דורשת איזון תרמי, מכני, ייצור מגבלות. עבור יישומים טמפרטורה נמוכה עד בינוני (עד 150 מעלות צלזיוס), epoxy- או פולימיד מבוסס פחמן דו-פיבר הם המתמודדים המובילים. הם משלבים נוקשות ספציפית גבוהה, לחות נמוכה עכשיו עלייה במשקל, ועייפות טובה. עבור טמפרטורות גבוהות יותר (150-300 מעלות צלזיוס), דומיידיד (MIB) או cyan) הם הופכים לציפויטרמיציפראזני משקל גבוה יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר גבוה יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר גבוה יותר (C) אבל הם נמצאים בטמפרטורה גבוהה יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר גבוה יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר (C) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר גבוה יותר (או מגנטיות גבוהה יותר (מסוג גבוה יותר (מסוגיות גבוהה יותר (מסוג גבוה יותר) אבל הם בעלי עלויות גבוהות יותר (מסוג גבוה יותר (מפלקסים), אבל יעילות גבוהה יותר של פחמן (מסוג גבוה יותר) אבל יעילות גבוהה יותר (מסוג גבוה יותר) עם עלויות גבוהות יותר) אבל הם נמצאים בטמפרטורה גבוהה יותר של פחמן (C), אבל יעילות גבוהה יותר (

אתגר מתמשך הוא ההתרחבות השגויה של ההרחבה השגויה של ההרחבה השגויה של ההרחבה: בין מרכיבים מורכבים לבין תכונות מתכתיות או מבנים מדבקים. סיבי פחמן יש קו יעיל כמעט אפס של התרחבות תרמית (CTE), בעוד פולימרים פולימרים מתרחבים באופן משמעותי.זה חוסר התאמה יכול לגרום ללחץ בממשקים במהלך רכיבה תרמית, המוביל לדלבון או לדלפות נוזלים.

שיטות ייצור עבור Composite Radiators

שנאה ו Braiding

משחת שומן היא אידיאלית לייצור ליבות צילינדיקליות או toroidal קורנטור. סיביים מתמשכים הם פצע על מנדלר רוטט תחת מתח ו unregated עם resin.תהליך זה מניב שברירי סיבים גבוהים (60–70%) ובקרת היערכות מעולה, למקסם את מוליכות תרמית לאורך נתיב הרוח.

Rein Transfer מוליד (RTM)

RTM משמש נרחב עבור קרינה מורכבת תלת-ממדית גיאמטריה. a סיבים יבשים preform (לעתים קרובות תפרים או חובד) ממוקם עובש סגור, ו resin נוזל מוזרק תחת לחץ.תבנית יכול לכלול שילובים עבור מסלולים נוזליים וממשקים עולה.RTM מייצרת חלקים עם משטח טוב ודיוק ממדי, אבל זמני מחזור הם ארוכים יותר מאשר עובש.

מיקום סיבים אוטומטיים (AFP) ו 3D הדפסה

AFP משתמש ראשי רובוטיים כדי להניח מספר רב של wpregregs (חבילות סיבים מראש) על כלי עם שליטה אוריינטציה מדויקת. שיטה זו אידיאלי עבור לוחות רדיור גדולים, שטוחים או מעוקל בעדינות המשמשים בתחום התעופה. ייצור אדקטי (3D) של סיבים רצופים רציפה - כגון מערכות Markforged או Anisoprint - ניתן לפשט במהירות של קרינה מהירה של מבנים פנימיים עם יכולת קירור עדיין מוגברת.

להצטרף ואסיפה

בניגוד לרדיוורים מתכתיים כי הם מצופים או מחוסנים, קורנטורים מורכבים דורשים אג"ח דבק או מהירויות מכניות עבור הרכבה. בחירה אדהרסיבי הוא קריטי: האג"ח חייב לעמוד על אופניים תרמיים, חשיפה קרירה, וטטציה. toughened epoxy או פוליאוריטאן דבקים נדרשים להפרעות מתוחכמות.

מחקרים: כלי רכב, אווירי, ויישומים תעשייתיים

רדיטורים

מספר כלי רכב קונספט ומוצרי שוק הראו כי קרינה מורכבת (למשל, FLT:0Composite World) דיווחו על רדיור פחמן-פיבר שפותח עבור פורמולה SAE Team EvolutionFLT:1 שקל 60% פחות מאשר אלומיניום שווה ערך ושיפור המנוע קירור ב 15% באמצעות גליאומטריה ממוחזרת.

רדיטורים

בתעופה, כל דקדוק משנה.הבואה 787 ו- Airbus A350 כבר משתמשים בתרכובות עבור מבנים ראשוניים, אבל קורנטורים כבר הסתכמו מאחור. מחקר על ידי סוכנויות כגון נאס"א ו- ESA חקרו לוחות רדיו מורכבים עבור בקרת חלליות תרמית, שבו חיסכון במשקל מאפשר מטענים גדולים יותר או ירידה במשקל על ידי מחזורי שיגור ייחודיים על ידי 250 ק"ג'ק (FLTs) אשר נבדקו על ידי מטה מחקר גלן פחמן-מ-מ-מ-מ-מתקני מתכת תרמיים נמוכים יותר מ-מגובה על פני שטח מגנטיים (0NASA) מגובהו של 250 ק"ק מתכת נמוך יותר מגובהומטרהמטרהמטר) עם תוספת מינרלים (מגובה על ידי מטה מגנטית חום נמוך יותר מ-250 ק"מטווח נמוך יותר מגובה על ידי מטה מגנטיים) עם תוספת של פחמן-מטווח נמוך יותר מגובה על ידי מטה (מטווח נמוך יותר מ-מטווח נמוך יותר מ-מ-מ-ידי מטה מגנטי נמוך יותר מ-250 ק"ק (FLTCDC) אשר נבדקהטווח נמוך יותר מ-ידי מטה מגנטית) אשר יש לבחון קומפקטי של פחמן-250 ק"מטווח נמוך

תעשייה וכוח אלקטרוניקה

במרכזי נתונים, ממיר חשמל ואור LED, קורנטורים מורכבים מתעוררים כפתרונות קומפקטיים, corrosion-הוכחה-הגנה.A יצרן של חומרים בעלי כוח גבוה החליף לאחרונה תנור אלומיניום רב-ממדי עם מברק CFRP בשילוב של סיבים נוזליים נוזליים נוזליים-קולק 700 עם בסיס פחמן-קטיפה קומפקטי (FLTK) שפורסם לאחרונה ב-F1 מ"ממדליק"ד:2D) שהודגם נמוך בהרבה מגובהומטרהההההההמתק לחדשנות קרה (ממדרית) בהשוואה לרמה גבוהה (התוצאה) בהשוואה לחדשנות קרה בלבד.

אתגרים ומגבלות

עלויות וייצור סקלאלה

סיבים פחמן ביצועים גבוהים ו resins היברידית מיוחדים להישאר יקר בהשוואה מתכות סחורות. עבור יישומי רכב, רדיור טיפוסי כל-composite יכול לעלות 50-150 עבור יחידה כי יעלה 20 $ באלומיניום. אסטרטגיות הפחתת עלויות כוללים באמצעות סיבים פחמן ממוחזר (אשר לשמור 70-8 של מודולולים בתולה אבל זול יותר), אופטימיזציה סיבים לשימוש פחות חומר, ואימוץ מהיר של מערכות recuring מחדש (אוקסוטרינר) עם משקולות היברידית.

אימפולסיביות ארסטרופיה

(הופנה מהדף ה-Commoni) הם אנטרופיים: מוליכות גבוהה לאורך ציר הסיבים, מוליכות נמוכה בכיוון ההפוך.ברדיוטור, חום חייב לנסוע מן הקרנית דרך הקיר הצינור אל הפינים ולאחר מכן לאוויר.אם הנטייה הסיבים אינה מתאימה לכל כיוון, צווארי בקבוק תרמי יכולים להתרחש מהנדסים באמצעות המרקם הרב-פוליטי או קצר-מברניים, אם כי ננומטרה-מטרה (O) היא לא מתאימה לכל כיוון אחר, כמו גרפים (DFride) או מטבוליזם (OL) היא מורכבת, לדוגמה, כלומר, לדוגמה, כלומר, כלומר, כלומר, לדוגמה, מטבוליזם של מטבוליזם (DValcastertoFride) הוא מ-Fride) הוא חלק אחר, לדוגמה, כלומר, כלומר, כלומר, גרורות גבוהה (DVal) של מטבוליזם (DVertoFride) של סוללת BLTFride) הוא לא מתאים לכל כיוון, לדוגמה, לדוגמה, מטבוליזם (D) הוא לא מתאים לכל כיוון, הוא לא מתאים לכל כיוון, לדוגמה, לדוגמה, ⁇ Fride גרפיטי, לדוגמה, לדוגמה, ⁇ (DVertraptronic) של ⁇ ) של מטבוליזם (DVerto

תנאי ארוך והצלחה

מזחלות פולימר יכולות לצוץ תחת עומס מתמשך בטמפרטורות גבוהות.במערכת קירור מחוננת, קירות הצינור חייבים לעמוד בפני עיוות לאורך שנים של שירות. אדריכלות סיבים נכונה (למשל, ±45 שכבות) יכול להפחית את המצמרר, והשימוש בתרמוset Resins (אשר בקעה 15 קישורים) מספק יציבות ממדית טובה יותר מאשר thermoplastics. Accelerated בדיקות באנטיze /cooled) יש צורך בתערובת ראשונית של 15 שנים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

שיפור ננו-composite

שילוב של ננו-חומרים - graphene, צינורות פחמן (CNTs), או ברון nitride ננוtubes - במריצה או על פני פני פני סיבים יכול להגביר באופן דרמטי את מוליכות תרמית. A 1–3% טעינה של CNTs תואמים ב epoxy matrix יכול להכפיל את המוליכים תוך הוספת משקל רשלני.

אדריכלות מתכת-מרכזית היברידית

במקום עיצוב מורכב טהור, קורנטורים עתידיים עשויים לשלב מתכת ואלמנטים מורכבים במבנה משולב.לדוגמה, כלי אלומיניום דק (לכיל קירור ולספק מחסום דליפה) יכול להיות over-מוחד עם סיבים פחמן עבור חיזוק מבני וחיסכון במשקל. כגון "אובייקטיבי-קו-קופוי" דחייה ממנתמתפת את הטוב ביותר של שני העולמות: מתכת היא התנהגות טרופית ואיטום, וספקי צפיפות נמוכה של 35 אחוזים של חום לא מראים ירידה מוקדמת.

ייצור של Radiator Cores

בעוד ייצור תוספת (AM) של מתכות כבר בשימוש עבור ערוצי קירור תואמים, AM של סיבים רצופים הוא nascent. מכונות כמו רצף Compos CF3DTM יכול להדפיס מבנים תלת מימדיים מורכבים עם ערוצי קירור משובצים.זה מאפשר למעצבים לייעל צפיפות פיננסית, חתך ערוצים, ועובי קיר עבור עומסים שונים.

אחריות וקיימות

כמו רגולציה סביבתית הידוק, מחזור החיים של מורכב הופך קריטי.פחמן סיבים מחזור טכנולוגיות (pyrolysis, solvolysis) הם בוגרים מספיק כדי לשחזר סיבים עם תכונות טובות. Composite רדיוators כי שימוש סיבים ממוחזרים יכול להפחית פליטות מזחלות על ידי עד 50% בהשוואה לחלקי פחמן במשקל, כמו גם קרינת ביו-כימית (למשל, קרינת נפט).

שיטות בדיקה ושילוב

לפני שדיאטורים מורכבים יכולים להיות פרוסים, הם חייבים לעבור בדיקות הסמכה קפדניות.הביצועים הירומטר נמדדים במנהרה רוח או calorimeter ההתקנה, השוואת דחיית חום בשיעורי זרימה קרירים ומהירויות אוויריות. בדיקות מכניות כוללות לחץ פרץ (בדרך כלל 2–3 פעמים הפעלה לחץ), סיבולת אינפרא אדום (Sine ו profiling אקראית עבור MIL-D-STD-810 או תקני רכב), ואופניים תרמיים (Ric) בין 2 עד 2-CDC (Ricial Assessment) לבין אבטחה (R (Ricial Retral-Ricial Rel-CDC) ו-R (R (Ricial Assessment) ו-Ricial Retraricial Retraricial Assessment) (Ricial Rel-Ricial Refiling) (R (Ricial Rel-R (Ricial Rel-Ricial Refiling) (Ricial Refiling) (Ricial Refiling) (R.com (Ricial Refiling) (R.com) (Ricial Refiling) (Ricial Refiling) כולל גם כן, כולל

מסקנה

הפיתוח של קורנטורים קלים באמצעות חומרים מורכבים מייצג התכנסות של חומרים מדע, הנדסה תרמית וחדשנות ייצור. מן היתרון הבסיסי של הפחתת המונים לאתגרים המוערכים של אנזוטרופיה ועלות, קורנטורים מורכבים נעים בהתמדה ממעבדות מחקר למציאות מסחרית.עם המשך התקדמות nanocomposites, עיצובים היברידיים, ייצור, העשור הבא יראה קורנטורים הופכים לאפקטים סטנדרטיים, מרחב יעיל, וקיבולת תעשייתית של ניהול יעיל של שיטות ניהול אנרגיה.