نقش اکسید آلومینیوم در کویل فین تیوب آلومینیومی و تیوب مسی
تأثیرات بر انتقال حرارت و خوردگی
اکسید آلومینیوم (Al2O3) که به‌صورت لایه‌ای اکسیدی روی سطح فین‌های آلومینیومی یا به‌صورت ذرات معلق و رسوبی وجود دارد، هم اثرات مثبت و هم منفی بر عملکرد کویل‌های فین‑تیوب (فین آلومینیومی و تیوب مسی) دارد. در ادامه این اثرات و مکانیزم‌های مرتبط به‌صورت مختصر بررسی می‌شود.
اثرات مثبت
- حفاظت سطحی: یک لایه پسیو اکسید آلومینیوم می‌تواند به‌عنوان پوشش محافظ نسبتاً پایدار عمل کند و از ادامه خوردگی آلومینیوم جلوگیری کند. این لایه به شرایط محیطی اسیدی یا قلیایی ضعیف مقاومت نشان می‌دهد و از آزاد شدن یون‌های آلومینیوم به محیط جلوگیری می‌کند.
- پایداری مکانیکی: فیلم اکسیدی چسبنده ممکن است از سایش مکانیکی فین‌ها بکاهد و به حفظ هندسه فین‌ها کمک کند که در بلندمدت نرخ افت فشار و تغییر شکل فین‌ها را کاهش می‌دهد.
- کاهش انتقال یون‌های مهاجم: وجود لایه اکسیدی می‌تواند مانع تماس مستقیم محیط خورنده با فلز پایه شود و به‌تبع آن ریسک مهاجرت یون‌های خورنده به سطح تیوب‌ها را کاهش دهد.
اثرات منفی
- کاهش ضریب انتقال حرارت: مهمترین اثر منفی، افزایش مقاومت حرارتی سطح است. هر لایه اکسیدی، حتی نازک، رسانایی حرارتی پایین‌تری نسبت به فلزات دارد؛ بنابراین وجود اکسید بر روی فین‌ها یا تیوب‌ها باعث کاهش ضریب انتقال حرارت سطحی و افت کارایی تبادل حرارت می‌شود. تجمع ذرات اکسیدی یا پوسته‌های ضخیم ویژه در مسیر سیال می‌تواند هدایت حرارتی را بیشتر مختل کند.
- ایجاد ناهمگنی سطح و افزایش مقاومت فیلم: اکسیدهای ناپیوسته یا پوسته‌شونده می‌توانند موجب تلاطم محلی و کاهش تماس حرارتی بین فین و جریان هوا شوند که به افت راندمان منجر می‌شود.
- تسهیل خوردگی گالوانیک: اگر لایه اکسیدی آلومینیوم روی فین‌ها ریخته یا به‌صورت پوسته‌هایی ایجاد شود که نقاط تماس الکتریکی بین فین آلومینیومی و تیوب مسی را تغییر دهد، شرایط سل گالوانیک می‌تواند تغییر کند. در صورت وجود مسیرهای هدایتی یا پوشش ناقص، احتمال خوردگی گالوانیک در مرز آلومینیوم–مس افزایش می‌یابد و تیوب مسی ممکن است در نواحی معین آسیب ببیند.
- مشکلات تجمع و انسداد: ذرات اکسیدی جداشده ممکن است در کانال‌های هوا یا درزهای فین جمع شوند و جریان هوا و تبادل حرارت را محدود کنند.
جمع‌بندی
اکسید آلومینیوم می‌تواند هم محافظ و هم مانع باشد: لایه‌های نازک و پیوسته اغلب محافظت‌کننده‌اند و از خوردگی سطحی جلوگیری می‌کنند، ولی لایه‌های ضخیم، ناهمگن یا ذرات معلق باعث افزایش مقاومت حرارتی، افت کارایی انتقال حرارت و حتی تشدید خوردگی گالوانیک می‌شوند. برای مدیریت این اثرات در طراحی و نگهداری کویل‌ها لازم است کنترل شرایط سطحی (فرآیندهای پوشش‌دهی، شست‌وشو، و انتخاب مواد و استفاده از آندی یا پوشش عایق) و برنامه‌های نگهداری منظم اعمال گردد تا تعادل بهینه بین حفاظت از خوردگی و حفظ انتقال حرارت برقرار شود.
