ابزار مهندسی رایگان
ماشین حساب انبساط حرارتی
محاسبه انبساط حرارتی خطی و حجمی برای بیش از ۲۰ ماده. انبساط لوله بین لنگرها، اندازه حلقه انبساط و تنش حرارتی هنگام محدود شدن (σ = E·α·ΔT).
نتایج انبساط
انبساط خطی
که در آن α ضریب انبساط حرارتی (CTE) بر حسب 1/°C، L₀ طول اولیه و ΔT تغییر دما است.
انبساط حجمی
برای مواد ایزوتروپیک، ضریب انبساط حجمی (CTE) تقریباً 3 برابر ضریب انبساط خطی (CTE) است.
تنش حرارتی (عضو مقید)
وقتی از انبساط کاملاً جلوگیری شود (مثلاً لوله بین دو لنگر صلب)، تنش حاصل میتواند بسیار زیاد باشد. این تنش برای گرمایش فشاری و برای سرمایش کششی است.
تعیین اندازه حلقه انبساط (قاعده سرانگشتی)
جایی که D قطر خارجی لوله (میلیمتر) و Δ گسترش (میلیمتر) است؛ نتیجه L به میلیمتر است. ضریب 66 از فرمول تیر راهنما L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ) برای فولاد کربنی (E = 200 گیاپا، Sₐ = 138 مگاپا) به دست آمده است. برای مواد دیگر یا تنشهای مجاز، از فرمول کامل استفاده کنید (L به صورت √(E/Sₐ) مقیاسبندی میشود). این یک برآورد اولیه است، نه تحلیل کامل انعطافپذیری کد.
مثال عملی
با توجه به: L₀ = 6000 میلیمتر، α = 12 × 10⁻⁶ /°C، ΔT = 80°C، E = 200 گیگا پاسکال
ΔL = 12e-6 × 6000 × 80 = ۵.۷۶ میلیمتر
تنش حرارتی در صورت محدود شدن: σ = 200,000 × 12e-6 × 80 = ۱۹۲ مگاپاسکال
حلقه گسترش (DN100/OD 114 میلیمتر): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1,690 mm ≈ 1.7 m
پایگاه داده CTE مواد
| مواد | آلفا (×۱۰⁻⁶ بر درجهٔ سلسیوس) | E (گیگاپاسکال) | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| فولاد کربنی | 12.0 | 200 | SA-516، P265GH |
| فولاد کم آلیاژ | 12.5 | 200 | 16Mo3، SA-387 |
| فولاد کروم-مولیبدن (2.25Cr) | 12.0 | 205 | SA-335 P22 |
| فولاد ضد زنگ 304 | 17.3 | 193 | ۱.۴۳۰۱، ۱۸Cr-۸Ni |
| فولاد ضد زنگ ۳۱۶ | 16.0 | 193 | ۱.۴۴۰۱، ۱۶Cr-۱۰Ni-۲Mo |
| استیل ضد زنگ ۳۲۱ | 17.0 | 193 | ۱.۴۵۴۱، پایدار شده با تیتانیوم |
| دوبلکس ۲۲۰۵ | 13.0 | 200 | 1.4462 |
| آلومینیوم ۶۰۶۱ | 23.6 | 69 | حالت T6 |
| مس | 17.0 | 117 | خالص، آنیل شده |
| برنج (CuZn30) | 20.0 | 110 | برنج کارتریجی |
| برنز (CuSn8) | 18.0 | 110 | فسفر برنز |
| تیتانیوم Gr.2 | 8.6 | 103 | از نظر تجاری خالص |
| نیکل ۲۰۰ | 13.3 | 207 | نیکل خالص |
| اینکونل ۶۲۵ | 12.8 | 207 | نیکل-کروم-مولیبدن |
| اینکونل ۷۱۸ | 13.0 | 211 | نیکل-کروم-آهن |
| چدن خاکستری | 10.5 | 110 | جیجی۲۵ |
| چدن داکتیل | 11.0 | 170 | جیجیجی۴۰ |
| بتن | 12.0 | 30 | با ترکیب متفاوت است |
| شیشه (سودا-لایم) | 9.0 | 72 | شیشه پنجره |
| PTFE (تفلون) | 120.0 | 0.5 | CTE بسیار بالا |
| پلی اتیلن سنگین | 150.0 | 1.0 | پلی اتیلن |
| پی وی سی | 80.0 | 3.0 | پی وی سی سفت و سخت |
| اینوار ۳۶ | 1.2 | 145 | آلیاژ با CTE بسیار پایین |
💡 توجه: مقادیر CTE مقادیر میانگین برای دمای ۲۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد هستند. برای کاربردهای دما بالا یا برودتی، از دادههای خاص استانداردهای مواد استفاده کنید.
