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修車帶來的學問(2) 熱交換與散熱鰭片 次要群組 [隨處遇科學::隨處遇科學] 列印 推薦
作者或來源 zfang 2013-06-10 17:09:03
關鍵字 1散熱 2表面積
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不正常人類人腦智慧研究所
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引擎蓋前方,都有這樣的開孔,這是做什麼用的?


小朋友說是為了呼吸。讓誰呼吸?引擎嗎?

這天車子做大保養,師傅將車送回後提醒,冷氣的散熱片有損毀,若要冷氣效果好,下回可以考慮更換。


打開引擎蓋,緊貼著水箱旁,最前面薄薄的那一片就是散熱片。


散熱片已經髒兮兮了,左上方已經有明顯的損毀。


細細看,散熱片密密麻麻,層與層之間還多了波浪造形的結構,這與散熱效果有什麼關係?

冷媒吸收的熱要如何與空氣熱交換,而將車內的熱量帶出車外呢?冷煤先兵分多路,由大管路分散成數個小管路。當冷媒在成排的橫管(桿)中流過,橫管與橫管間彎曲狀的金屬片,則是幫助散熱的關鍵,密密麻麻又呈波浪狀的結構,增加了接觸面積,使得散熱效果提高。這波浪狀的玩意,叫做散熱鰭片,整組裝置稱為波浪狀鰭片式熱交換器。(為什麼叫做鰭片?)


做成一格一格(波浪狀)而不做成一整塊,可增加與空氣接觸表面積,散熱效果較佳。

這類的散熱片是利用空氣為冷卻介質,不過因為空氣之熱傳效率比水低,如何讓氣體與金屬之間熱交換的速度變快?空氣是不良導體呀。

散熱片採用金屬海戰術,增加散熱面積,才能提高散熱的效果。散熱效果愈強,可以帶走較多的熱量,則車內冷氣效果也愈佳。冷媒由數個橫桿通過分散冷媒,並增大金屬片的接觸面積來增加效率,彎彎曲曲的金屬片,雙面皆可以將熱傳導出去。另外設置地點在車頭,當車子高速行駛時也能利用風將熱空氣快速吹開。

影響熱交換效能的因素主要有:散熱片的材質與導熱面積、冷媒與外界空氣溫度差、冷媒的流速、外界空氣的流量、散熱鰭片與冷媒管的緊密程度…等。散熱鳍片與冷媒管要緊密,散熱鰭片厚度要薄、且鳍片與鳍片之間需留有適當間隙,以利空氣流通。

這台車的散熱片是什麼材質做的?師傅說是鋁做的。我們所見的鋁製品,其實早已在出廠前做過氧化處理,形成結構製密的氧化層。因此鋁的活性大,卻比鐵器不易生鏽。但~為什麼散熱片還會損毀?別忘了~鋁會老化呀。縱使氧化鋁的質地緻密,卻難敵風雨(酸雨)、陽光(溫度)、灰塵,還有『時間』。金屬的腐蝕在熱力學來說是必然的,差別只是速度快慢與活化能大小。


某些地方的散熱鰭片變形了。


甚至,上方整排都缺牙了,嚴重損毀~熱交換功力大降!

當附著在散熱片上的灰塵越積越厚,甚至厚到卡住散熱片的氣流通道,或鰭片被腐蝕受損,都會降低散熱功能與熱交換的速度。這時候就需要清潔了,只是,清洗散熱片時,也削減了鋁金屬的結構穩定。於是,我的散熱片出現好多個缺口了。(冷媒仍在密封的橫管內並未溢出,只是熱交換的效率變差了。)

散熱鰭片是空氣冷熱交換的重要關鍵,車子的散熱鳍片是做成波浪形式。至於一般家用冷氣的散熱片就是由圓管與很多片又薄又密集排列的金屬片組成。


為了增加接觸面積,一片片又薄又密,但也要考慮空氣流通順暢,要有適當間隔。


冷媒通道管穿過鰭片,管內有冷媒通過,圓管則要與散熱鰭片接觸緊密,才能將熱分散。

雖然造形略有不同,但原理相同:『將冷媒分流,選用導熱好金屬,並增加接觸面積,還藉助風力加速替換熱空氣。』散熱鰭片常用的材質為鋁,也有銅製。猜猜,哪一種好?參考答案反白可見:(不一定,以材質來說,銅的導熱比鋁好,但銅較鋁重,且導熱好壞~也與製作技術有關。)

以上就是我在散熱片中看見的小科學了,熱交換~可以在熱學單元中補充。而散熱鰭片的裝置也能應用於生物教學,例如說明為何熱能透過血管擴張或經由微血管增加表面積而加速散熱(與空氣熱交換),大象的耳朵,與劍龍背後的鰭片,也都是幫助散熱降低體溫的裝置喔!(大象耳朵如果還會煽動,散熱更快速!)

下回再打開引擎蓋時,別忘了也注意一下散熱片喔!

關於修車見聞:修車帶來的學問~方向燈為何"快閃"? 從78%到99.5%~談輪胎充氮與氮氣製備 。還有二篇小文章,也是提到金屬與散熱:快速解凍妙方 為什麼小蒨的冰塊熔得快? (用塑膠杯裝冰塊,和用鋼杯裝~有不一樣嗎?)。

附帶一提:為什麼叫做鰭片呢?問先生,他說~看看魚就知道!


魚鰭就是長這樣!汽車的散熱片薄浪狀不像鰭片,但冷氣機的就像極了。


我家的魚兒不給我拍,一直~動來動去的呢!

 

 
分類:科學五四三 2011/07/14 13:38

END
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