Mga katangian ng heat transfer ng open cell metal foams

Ang metal foam ay isang uri ng multifunctional composite metal na materyal na naglalaman ng isang tiyak na numero, isang tiyak na laki ng mga pores, at isang tiyak na porosity sa metal matrix. Ang foam metal ay may natatanging katangian ng istruktura tulad ng malaking partikular na surface area, malaking porosity, at maliit na density, at may multifunctional composite na katangian tulad ng heat dissipation (open-cell), heat insulation (closed-cell), sound absorption at vibration damping, lightweight , mataas na tiyak na lakas, electromagnetic shielding, atbp., at ito ay isang uri ng structural at functional na materyal na nagsasama ng mga katangian ng thermophysics, mechanics, acoustics, at kuryente.
Para saopen-cell metal foam, ang mataas na porosity at kumplikadong three-dimensional na istraktura ng mesh ay ginagawa itong napakahusay na pagwawaldas ng init at mataas na kahusayan sa paglipat ng init, na may napakalawak na prospect ng aplikasyon sa larangan ng mga compact heat exchanger, microelectronic device cooling, at iba pa. Para sa mga katangian ng paglipat ng init ng open-cell foam metal, ang katayuan ng pananaliksik nito ay sinisiyasat at sinusuri mula sa mga lugar ng aplikasyon ng mga compact heat exchanger.
Metal foampara sa mga compact heat exchangers
Ang pinahusay na mga katangian ng paglipat ng init ng metal foam ay karaniwang kinikilala. Kapag ang gas o likido ay dumadaloy sa mga butas, ang init ay inililipat at pinapalitan sa anyo ng sapilitang convection sa pagitan ng metal foam na may bukas na cell na istraktura at ang likido. Sa isang banda, ang kumplikadong three-dimensional na mesh na istraktura ng metal foam ay gumagawa ng nonlinear effect ng fluid, at ang antas ng turbulence ay pinalakas din, kaya nagpo-promote ng solid surface sa fluid sa mataas na lokal na paglipat ng init; sa kabilang banda, ang foam metal malaking tiyak na ibabaw na lugar ay isa ring mahalagang dahilan para sa metal ay may mahusay na pagganap ng init transfer. Sa kasalukuyan, ang pag-aaral ng metal foam para sa compact heat exchanger transfer performance ay pangunahing nakatuon sa air-side enhanced heat transfer at refrigerant-side na pinahusay na heat transfer.
Para sa air-side na pinahusay na heat transfer properties ng metal foam, ang metal foam ay ginagamit sa halip na mga palikpik para sa pag-alis ng init sa mga aplikasyon kung saan ginagamit ang mga tradisyonal na palikpik, tulad ng mga nagpapalamig na elektronikong bahagi, plate heat exchanger, at finned heat exchanger. Sa mga compact heat exchanger, ang mga katangian ng daloy ng heat transfer ay kasalukuyang pinag-aaralan pangunahin para sa mga copper at aluminum foam metal na may pore density sa pangkalahatan ay mas mababa sa 40% at porosities na 70% o higit pa.
Sa isang tiyak na laki ng butas, tumataas ang rate ng paglipat ng init sa pagtaas ng porosity at nangingibabaw. Sa kabilang banda, para sa isang tiyak na porosity, mas mataas ang pore density, mas mababa ang heat transfer efficiency, na maaaring dahil sa sobrang laki ng pore. Ang mga parameter ng pore structure ng porosity, pore density, at pore diameter ay ang mga pangunahing salik na nakakaapekto sa heat transfer performance ngmga bula ng metal. Para sa aplikasyon ng metal foam sa paglamig ng mga elektronikong sangkap, ang mga epekto ng metal foam porosity at pore diameter sa epekto ng pagwawaldas ng init ay sinisiyasat ng orthogonal na mga eksperimento. Ang mga resulta ay nagpapakita na sa ilalim ng sapilitang kombeksyon, ang pagganap ng pagwawaldas ng init ng foam metal ay nauugnay sa istraktura ng butas, kung saan ang laki ng butas ay may pinakamalaking impluwensya.
Ang ilang mga resulta ng pananaliksik ay nagpapakita na kahit na ang foam metal ay may malakas na papel sa pagpapahusay ng paglipat ng init, ang paglago ng resistensya ay hindi bale-wala kasama ng paglago ng pagganap ng heat exchanger. Ang kahusayan sa paglipat ng init ng foam metal ay makabuluhang napabuti sa mas maliit na pagkawala ng presyon, at ang pagkawala ng presyon ay tumataas sa pagtaas ng pore density. Ang mga resulta ng pag-aaral ay nakapagtuturo para sa disenyo at paggawa ng magaan at compact high-efficiency heat exchanger. Ang isang eksperimentong pag-aaral ng mga foam metal heat exchanger at finned heat exchanger na may parehong laki ay isinagawa, at natagpuan na sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng pagsubok, ang foam metal heat exchanger ay hindi gaanong mahusay kaysa sa finned heat exchanger, at ang pagkawala ng presyon at friction coefficient ay mas mataas kaysa sa mga finned heat exchanger. Ang porous foam metal ay may malinaw na pagpapalakas na epekto sa convective heat transfer, at ang pagpapalakas na epekto ay bumababa sa pagtaas ng Reynolds number; ang porous foam metal ay ginagawang malinaw na tumataas ang resistensya ng daloy ng likido, ngunit bumababa ang multiplikasyon ng pagtaas ng paglaban sa pagtaas ng bilang ng Reynolds. Ang komprehensibong pagpapalakas ng convective heat transfer at pagtaas ng pagbaba ng presyon sa daloy ng dalawang aspeto ay makikita,porous foam metalay mas angkop para sa likido na may mas maliit na daloy ng mga okasyon. Ang foam metal ay may papel na ginagampanan ng air-side na pinahusay na paglipat ng init, ngunit ang pagpapahusay ng pagganap ng paglipat ng init sa parehong oras, ang paglaban din ay tumaas, at ang pangkalahatang pagganap ay mas masahol pa kaysa sa tradisyonal na mga palikpik. Ipinapakita ng pananaliksik na ang foam metal ay angkop para sa mababang daloy ng mga bihirang okasyon. Samakatuwid, ang foam metal air-side na pinahusay na paglipat ng init ay kailangang isaalang-alang ang mga okasyon ng aplikasyon, at hindi maaaring bulag na isagawa ang tradisyonal na palikpik na pagwawaldas ng init na alternatibong pananaliksik.

Ang metal foam ay maaari ding gumanap ng isang papel sa pagpapahusay ng paglipat ng init ng nagpapalamig sa pamamagitan ng pagbabago ng bahagi. Ang mga resulta ay nagpapakita na kapag ang porosity ay tiyak, ang heat transfer performance ay nagdodoble habang ang pore density ay bumababa mula 20 hanggang 40 PPI at ang pore size ay bumababa, dahil sa mas pinong cell structure na may mas malaking surface area at mas matinding perturbation. Sa mataas na rate ng daloy, ang kumukulong heat transfer coefficient ay nagpapanatili ng matatag at mabagal na pagtaas sa pagtaas ng pagkatuyo. Sa unti-unting pagtaas ng operating pressure, ang kumukulong heat transfer phenomenon sa mababang pagkatuyo ay katulad ng ground boiling, ibig sabihin, ang init transfer ay pinatindi sa pagtaas ng pressure, ngunit ang pressure ay tumataas sa isang tiyak na lawak ay gumaganap ng isang lumalalang papel sa pagkulo. paglipat ng init. Ang heat transfer coefficient ng mga copper foam tube ay halos tatlong beses na mas mataas kaysa sa light tubes. Sa kaso ng purong nagpapalamig, ang pagkakaroon ng foam metal ay nagpapabuti sa daloy ng kumukulo na paglipat ng init, at ang koepisyent ng paglipat ng init ay nadagdagan ng hanggang 185%. Sa kaso ng mga kondisyon na naglalaman ng langis, ang epekto ng metal foam upang palakasin ang paglipat ng init ay humina; Sa ilalim ng parehong mga kondisyon, kumpara sa 5PPI foam metal, ang 10PPI foam metal ay maaaring tumaas ang koepisyent ng paglipat ng init ng hanggang 0.6 beses, at ang mas maliit na laki ng butas ay maaaring mapabuti ang daloy ng kumukulo na koepisyent ng paglipat ng init.
Ang mga epekto ng mass flow rate at two-phase fluid dryness sa flow condensation pressure drop at heat transfer coefficient ay komprehensibong nasuri. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang pressure drop ng panloob na dingding na puno ng annular metal foam tube ay mas malaki kaysa sa light tube, at ang pagbaba ng presyon ay mabilis at hindi linear na tumataas sa pagtaas ng mass flow rate at pagkatuyo. Ang condensation heat transfer coefficient ng inner wall-filled annular metal foam tube ay mas malaki kaysa sa light tube, at ang heat transfer coefficient ay tumataas sa pagtaas ng mass flow rate at pagkatuyo, at ang flow condensation heat transfer coefficient ng ganitong uri ng reinforced tubes ay humigit-kumulang dalawang beses kaysa sa light tube. Dahil ang epekto ng capillary nito ay halata, ang pore density ng 130PPI reinforced tube ay ang pinakamahusay na epekto, para sa light tube 3.06 beses, ang 40PPI tube ay higit sa lahat ay katulad ng istraktura ng low-ribbed tube bilang isang paraan ng pagpapalakas.
Sa compact heat exchanger,metal na foamay maaaring ganap na magamit upang palakasin ang papel na ginagampanan ng paglipat ng init, ngunit ang pag-aaral ay nagpakita na ang mga katangian ng paglaban ng paglago ng foam metal ay napakahalaga din, ang pangangailangan para sa komprehensibong pagganap upang masuri ang aplikasyon ng foam metal sa compact heat exchanger. Bilang karagdagan, sa pagkakaroon ng mga pampadulas na naglalaman ng langis, ang mga metal ng bula ay maaaring humantong sa pagkasira ng paglipat ng init, at ang pinahusay na paglipat ng init ng mga bula ng metal para sa pagbabago ng bahagi ng paglipat ng init ng mga nagpapalamig ay kailangang isaalang-alang sa liwanag ng mga epekto ng mga pampadulas.