Varmeoverførselsegenskaber af metalskum med åbne celler

Metalskum er en slags multifunktionelt kompositmetalmateriale, der indeholder et vist antal, en vis størrelse af porer og en vis porøsitet i metalmatrixen. Skummetal har unikke strukturelle egenskaber såsom stort specifikt overfladeareal, stor porøsitet og lille densitet og har multifunktionelle kompositegenskaber såsom varmeafledning (åbne celler), varmeisolering (lukkede celler), lydabsorption og vibrationsdæmpning, letvægts , høj specifik styrke, elektromagnetisk afskærmning osv., og det er en slags strukturelt og funktionelt materiale, der integrerer termofysikkens egenskaber, mekanik, akustik og elektricitet.
Foråbencellet metalskum, den høje porøsitet og komplekse tredimensionelle mesh-struktur gør, at den har en meget god varmeafledning og høj varmeoverførselseffektivitet, som har en meget bred anvendelsesmuligheder inden for kompakte varmevekslere, mikroelektronisk enhedskøling og så videre. For varmeoverførselsegenskaberne af åbencellet skummetal er dets forskningsstatus undersøgt og analyseret fra anvendelsesområderne for kompakte varmevekslere.
Metalskumtil kompakte varmevekslere
De forbedrede varmeoverførselsegenskaber af metalskum er blevet almindeligt anerkendt. Når gassen eller væsken strømmer gennem hullerne, overføres og udveksles varmen i form af tvungen konvektion mellem metalskummet med en åbencellet struktur og væsken. På den ene side gør den komplekse tredimensionelle mesh-struktur af metalskummet væskens ikke-lineære virkning, og graden af ​​turbulens styrkes også, hvilket fremmer den faste overflade til væsken i den høje lokale varmeoverførsel; på den anden side er skummetalets store specifikke overfladeareal også en vigtig årsag til, at metallet har en god varmeoverførselsevne. På nuværende tidspunkt fokuserer undersøgelsen af ​​metalskum til kompakt varmeveksleroverførselsydelse hovedsageligt på forbedret varmeoverførsel på luftsiden og forbedret varmeoverførsel på kølemiddelsiden.
For metalskums forbedrede varmeoverførselsegenskaber på luftsiden anvendes metalskum i stedet for finner til varmeafledning i applikationer, hvor traditionelle finner anvendes, såsom kølende elektroniske komponenter, pladevarmevekslere og ribbevarmevekslere. I kompakte varmevekslere studeres strømningsvarmeoverførselsegenskaberne i øjeblikket hovedsageligt for kobber- og aluminiumskummetaller med poretætheder generelt mindre end 40 % og porøsiteter på 70 % eller mere.
Ved en vis porestørrelse stiger varmeoverførselshastigheden med forøgelsen af ​​porøsiteten og dominerer. På den anden side, for en vis porøsitet, jo højere poretæthed, jo lavere er varmeoverførselseffektiviteten, hvilket kan skyldes den alt for store porestørrelse. Porestrukturparametrene for porøsitet, poredensitet og porediameter er de vigtigste faktorer, der påvirker varmeoverførselsydelsen afmetalskum. Til påføring af metalskum i kølende elektroniske komponenter blev virkningerne af metalskumporøsitet og porediameter på varmeafledningseffekten undersøgt ved ortogonale eksperimenter. Resultaterne viser, at under tvungen konvektion er skummetals varmeafledningsevne relateret til porestrukturen, hvor porestørrelsen har størst indflydelse.
Nogle forskningsresultater viser, at selvom skummetal har en stærk rolle i at forbedre varmeoverførslen, er modstandsvæksten ikke ubetydelig sammen med væksten i varmevekslerens ydeevne. Varmeoverførselseffektiviteten af ​​skummetal forbedres væsentligt ved mindre tryktab, og tryktabet stiger med stigningen i poretætheden. Resultaterne af undersøgelsen er lærerige for design og fremstilling af lette og kompakte højeffektive varmevekslere. En eksperimentel undersøgelse af skummetalvarmevekslere og ribbevarmevekslere af samme størrelse blev udført, og det viste sig, at under de samme testbetingelser var skummetalvarmeveksleren mindre effektiv end lamelvarmeveksleren, og tryktabet og friktionskoefficienten var højere end den for lamelvarmeveksleren. Det porøse skummetal har en tydelig styrkende effekt på konvektiv varmeoverførsel, og styrkelseseffekten aftager med forøgelsen af ​​Reynolds tal; det porøse skummetal får væskens strømningsmodstand til at stige tydeligvis, men multiplikationen af ​​modstandsstigningen falder med stigningen i Reynolds tal. Omfattende styrkelse af konvektiv varmeoverførsel og stigning i trykfaldet i strømmen af ​​to aspekter kan ses,porøst skummetaler mere velegnet til væsken med lejligheder med mindre flow. Skummetal har rollen som luftsideforbedret varmeoverførsel, men forbedring af varmeoverførselsydelsen på samme tid øgedes modstanden også, og den samlede ydeevne er dårligere end de traditionelle finner. Forskning viser, at skummetal er velegnet til sjældne lejligheder med lavt flow. Derfor, skummetal luft-side forbedret varmeoverførsel skal overveje anvendelsen lejligheder, og kan ikke blindt udføre den traditionelle finne varmeafledning alternativ forskning.

Metalskummet kan også spille en rolle i at forbedre varmeoverførslen af ​​kølemiddel ved faseskift. Resultaterne viser, at når porøsiteten er sikker, fordobles varmeoverførselsydelsen, da poretætheden falder fra 20 til 40 PPI, og porestørrelsen falder, på grund af den finere cellestruktur med et større overfladeareal og mere intens forstyrrelse. Ved høje strømningshastigheder opretholder den kogende varmeoverførselskoefficient en stabil og langsom stigning med stigende tørhed. Med den gradvise stigning i driftstryk ligner kogende varmeoverførselsfænomenet ved lav tørhed jordkogning, dvs. varmeoverførslen intensiveres med stigningen i trykket, men trykket stiger til en vis grad spiller en forværrende rolle i kogningen varmeoverførsel. Varmeoverførselskoefficienten for kobberskumrør er omkring tre gange højere end for lysrør. I tilfælde af rent kølemiddel øger tilstedeværelsen af ​​skummetal strømmen af ​​kogende varmeoverførsel, og varmeoverførselskoefficienten øges med op til 185%. I tilfælde af olieholdige forhold svækkes virkningen af ​​metalskum til at styrke varmeoverførslen; under de samme betingelser sammenlignet med 5PPI skummetal kan 10PPI skummetal øge varmeoverførselskoefficienten med op til 0,6 gange, og mindre porestørrelse kan forbedre flowkoefficienten for varmeoverførsel.
Effekterne af massestrømningshastighed og tofaset væsketørhed på flowkondensationstrykfald og varmeoverførselskoefficient blev analyseret grundigt. Resultaterne viser, at trykfaldet i det indvendige vægfyldte ringformede metalskumrør er meget større end lysrørets, og trykfaldet stiger hurtigt og ikke-lineært med stigningen i massestrømningshastigheden og tørheden. Kondensationsvarmeoverførselskoefficienten for det indre vægfyldte ringformede metalskumrør er større end lysrørets, og varmeoverførselskoefficienten stiger med stigningen i massestrømningshastigheden og tørheden og strømningskondensationsvarmeoverførselskoefficienten af ​​denne type af forstærkede rør er cirka dobbelt så meget som lysrørets. Fordi dens kapillære effekt er indlysende, er poretætheden af ​​det 130PPI forstærkede rør den bedste effekt, for lysrøret 3,06 gange ligner 40PPI røret hovedsageligt strukturen af ​​det lavribbede rør som et middel til at styrke.
I den kompakte varmeveksler,metal skumkan udnyttes fuldt ud til at styrke varmeoverførslens rolle, men undersøgelsen viste, at modstandskarakteristikaene for skummetalvæksten også er meget væsentlige, behovet for omfattende ydeevne til at vurdere anvendelsen af ​​skummetal i den kompakte varmeveksler. Derudover kan skummetaller i nærvær af olieholdige smøremidler føre til forringelse af varmeoverførslen, og den forbedrede varmeoverførsel af metalskum til faseændringsvarmeoverførsel af kølemidler skal overvejes i lyset af smøremidlernes virkninger.