Avosolumetallivaahtojen lämmönsiirtoominaisuudet

Metallivaahto on eräänlainen monitoiminen komposiittimetallimateriaali, joka sisältää tietyn määrän, tietyn kokoisia huokosia ja tietyn huokoisuuden metallimatriisissa. Vaahtometallilla on ainutlaatuisia rakenteellisia ominaisuuksia, kuten suuri ominaispinta-ala, suuri huokoisuus ja pieni tiheys, ja sillä on monikäyttöisiä komposiittiominaisuuksia, kuten lämmönpoisto (avokenno), lämmöneristys (umpisoluinen), äänenvaimennus ja tärinänvaimennus, kevyt. , korkea ominaislujuus, sähkömagneettinen suojaus jne., ja se on eräänlainen rakenteellinen ja toiminnallinen materiaali, joka yhdistää lämpöfysiikan, mekaniikan, akustiikka ja sähkö.
vartenavosoluinen metallivaahto, korkea huokoisuus ja monimutkainen kolmiulotteinen verkkorakenne tekevät siitä erittäin hyvän lämmönpoiston ja korkean lämmönsiirtotehokkuuden, jolla on erittäin laaja sovellusnäkymä kompaktien lämmönvaihtimien, mikroelektronisten laitteiden jäähdytyksen ja niin edelleen alalla. Avosoluisen vaahtometallin lämmönsiirtoominaisuuksien osalta sen tutkimustilannetta tutkitaan ja analysoidaan kompaktien lämmönvaihtimien käyttöalueilta.
Metallivaahtokompakteille lämmönvaihtimille
Metallivaahdon parannetut lämmönsiirtoominaisuudet on yleisesti tunnustettu. Kun kaasu tai neste virtaa reikien läpi, lämpö siirtyy ja vaihtuu pakotetun konvektion muodossa avosolurakenteen omaavan metallivaahdon ja nesteen välillä. Toisaalta metallivaahdon monimutkainen kolmiulotteinen verkkorakenne tekee nesteestä epälineaarisen vaikutuksen, ja myös turbulenssiaste vahvistuu, mikä edistää kiinteää pintaa nesteeseen korkeassa paikallisessa lämmönsiirrossa; toisaalta vaahtometallin suuri ominaispinta-ala on myös tärkeä syy siihen, että metallilla on hyvä lämmönsiirtokyky. Tällä hetkellä metallivaahdon tutkimus kompaktin lämmönvaihtimen siirtosuorituskykyä varten keskittyy pääasiassa ilmapuolen tehostettuun lämmönsiirtoon ja kylmäainepuolen tehostettuun lämmönsiirtoon.
Metallivaahdon ilman puolella parannettujen lämmönsiirtoominaisuuksien vuoksi metallivaahtoa käytetään ripojen sijasta lämmönpoistoon sovelluksissa, joissa käytetään perinteisiä ripoja, kuten jäähdytyselektroniikkakomponentteja, levylämmönvaihtimia ja lamellilämmönvaihtimia. Kompakteissa lämmönvaihtimissa virtauslämmönsiirto-ominaisuuksia tutkitaan tällä hetkellä pääasiassa kupari- ja alumiinivaahtomalleilla, joiden huokostiheydet ovat yleensä alle 40 % ja huokoisuus 70 % tai enemmän.
Tietyllä huokoskoolla lämmönsiirtonopeus kasvaa huokoisuuden kasvaessa ja hallitsee. Toisaalta, mitä suurempi huokostiheys on tietyllä huokoisuudella, sitä pienempi lämmönsiirtotehokkuus, mikä voi johtua liian suuresta huokoskoosta. Huokosrakenteen parametrit huokoisuus, huokostiheys ja huokosten halkaisija ovat tärkeimmät lämmönsiirtokykyyn vaikuttavat tekijät.metallivaahtoja. Metallivaahtoa käytettäessä jäähdytyselektroniikkakomponenteissa metallivaahdon huokoisuuden ja huokosten halkaisijan vaikutuksia lämmönpoistovaikutukseen tutkittiin ortogonaalisilla kokeilla. Tulokset osoittavat, että pakotetussa konvektiossa vaahtometallin lämmönpoistokyky liittyy huokosrakenteeseen, jossa huokoskoolla on suurin vaikutus.
Jotkut tutkimustulokset osoittavat, että vaikka vaahtometallilla on vahva rooli lämmönsiirron tehostajana, vastuksen kasvu ei ole merkityksetöntä lämmönvaihtimen suorituskyvyn kasvun mukana. Vaahtometallin lämmönsiirtotehokkuus paranee merkittävästi pienemmällä painehäviöllä ja painehäviö kasvaa huokostiheyden kasvaessa. Tutkimuksen tulokset ovat opettavaisia ​​kevyiden ja kompaktien korkeatehoisten lämmönvaihtimien suunnittelussa ja valmistuksessa. Suoritettiin kokeellinen tutkimus vaahtometallilämmönvaihtimista ja samankokoisista rivalämmönvaihtimista, ja todettiin, että samoissa testiolosuhteissa vaahtometallilämmönvaihdin oli vähemmän tehokas kuin ripamainen lämmönvaihdin ja painehäviö ja kitkakertoimet olivat korkeammat kuin rivalämmönvaihtimen. Huokoisella vaahtometallilla on ilmeinen vahvistava vaikutus konvektiiviseen lämmönsiirtoon, ja vahvistava vaikutus vähenee Reynoldsin luvun kasvaessa; huokoinen vaahtometalli saa nesteen virtausvastuksen selvästi kasvamaan, mutta vastuksen lisääntyminen pienenee Reynoldsin luvun kasvaessa. Konvektiivisen lämmönsiirron kokonaisvaltainen vahvistuminen ja virtauksen painehäviön lisääntyminen on nähtävissä kahdesta näkökulmasta,huokoinen vaahtometallisopii paremmin nesteille, joiden virtausnopeus on pienempi. Vaahtometallilla on ilmapuolen tehostetun lämmönsiirron rooli, mutta samalla lämmönsiirron suorituskyvyn parantaminen, myös vastus kasvoi, ja yleinen suorituskyky on huonompi kuin perinteiset evät. Tutkimukset osoittavat, että vaahtometalli soveltuu matalavirtausharvinaisiin tilanteisiin. Siksi vaahtometallin ilmapuolella tehostetun lämmönsiirron on harkittava käyttötarkoituksia, eikä se voi sokeasti suorittaa perinteistä evälämmönpoiston vaihtoehtoista tutkimusta.

Metallivaahto voi myös parantaa kylmäaineen lämmönsiirtoa vaiheenmuutoksen kautta. Tulokset osoittavat, että kun huokoisuus on varma, lämmönsiirtokyky kaksinkertaistuu huokostiheyden pienentyessä 20:sta 40 PPI:iin ja huokoskoon pienentyessä, johtuen hienommasta solurakenteesta, jossa on suurempi pinta-ala ja voimakkaampi häiriö. Suurilla virtausnopeuksilla kiehuvan lämmönsiirtokerroin ylläpitää tasaista ja hidasta kasvua kuivuuden kasvaessa. Käyttöpaineen asteittaisen nousun myötä kiehuvan lämmönsiirtoilmiö alhaisella kuivuudella on samanlainen kuin jauhettu kiehuminen, eli lämmönsiirto tehostuu paineen noustessa, mutta paineen nousu jossain määrin vaikuttaa kiehumiseen. lämmönsiirto. Kuparivaahtoputkien lämmönsiirtokerroin on noin kolme kertaa suurempi kuin valoputkien. Puhtaan kylmäaineen tapauksessa vaahtometallin läsnäolo tehostaa kiehuvan lämmönsiirron virtausta ja lämmönsiirtokerroin kasvaa jopa 185 %. Öljyä sisältävissä olosuhteissa metallivaahdon vaikutus lämmönsiirron vahvistamiseen heikkenee; samoissa olosuhteissa 5PPI-vaahtometalliin verrattuna 10PPI-vaahtometalli voi lisätä lämmönsiirtokerrointa jopa 0,6-kertaiseksi, ja pienempi huokoskoko voi parantaa virtauksen kiehuvaa lämmönsiirtokerrointa.
Massavirtauksen ja kaksivaiheisen nesteen kuivuuden vaikutukset virtauksen kondensaatiopaineen laskuun ja lämmönsiirtokertoimeen analysoitiin kattavasti. Tulokset osoittavat, että sisäseinällä täytetyn rengasmaisen metallivaahtoputken painehäviö on paljon suurempi kuin valoputken, ja painehäviö kasvaa nopeasti ja epälineaarisesti massavirtauksen ja kuivuuden kasvaessa. Sisäseinällä täytetyn rengasmaisen metallivaahtoputken kondensaatiolämmönsiirtokerroin on suurempi kuin valoputken, ja lämmönsiirtokerroin kasvaa massavirtauksen ja kuivuuden kasvaessa sekä tämän tyyppisen virtauksen kondensaatiolämmönsiirtokerroin vahvistettuja putkia on noin kaksi kertaa enemmän kuin valoputkia. Koska sen kapillaarivaikutus on ilmeinen, 130PPI-vahvistetun putken huokostiheys on paras vaikutus, valoputkelle 3,06 kertaa, 40PPI-putki on pääosin samanlainen kuin matalaribiisen putken rakenne vahvistuskeinona.
Kompaktissa lämmönvaihtimessa,metallivaahtoavoidaan täysin hyödyntää lämmönsiirron roolin vahvistamisessa, mutta tutkimus osoitti, että vaahtometallin kasvun vastusominaisuudet ovat myös erittäin merkittäviä, tarve kokonaisvaltaiselle suorituskyvylle vaahtometallin käytön arvioimiseksi kompaktissa lämmönvaihtimessa. Lisäksi vaahtometallit voivat öljypitoisten voiteluaineiden läsnä ollessa johtaa lämmönsiirron heikkenemiseen, ja metallivaahtojen tehostettu lämmönsiirto kylmäaineiden faasimuutoslämmönsiirtoon on otettava huomioon voiteluaineiden vaikutusten valossa.