Nyitott cellás fémhabok hőátadási tulajdonságai

A fémhab egyfajta többfunkciós kompozit fémanyag, amely bizonyos számú, bizonyos méretű pórusokat és bizonyos porozitást tartalmaz a fémmátrixban. A fémhab egyedi szerkezeti jellemzőkkel rendelkezik, mint például nagy fajlagos felület, nagy porozitás és kis sűrűség, valamint többfunkciós kompozit jellemzőkkel rendelkezik, mint például hőelvezetés (nyitott cellás), hőszigetelés (zárt cellás), hangelnyelés és rezgéscsillapítás, könnyű súly , nagy fajlagos szilárdságú, elektromágneses árnyékolás stb., és ez egyfajta szerkezeti és funkcionális anyag, amely integrálja a termofizika, mechanika, akusztika, elektromosság.
Mertnyitott cellás fémhab, a nagy porozitás és az összetett háromdimenziós hálószerkezet nagyon jó hőelvezetést és nagy hőátadási hatékonyságot tesz lehetővé, ami nagyon széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik a kompakt hőcserélők, a mikroelektronikai eszközök hűtése stb. A nyitott cellás fémhab hőátbocsátási tulajdonságai tekintetében a kompakt hőcserélők alkalmazási területeiből vizsgáljuk és elemezzük kutatási státuszát.
Fém habkompakt hőcserélőkhöz
A fémhab fokozott hőátadó tulajdonságait általánosan elismerték. Amikor a gáz vagy folyadék átáramlik a lyukakon, a hő átadódik és kényszerkonvekció formájában kicserélődik a nyitott cellás szerkezetű fémhab és a folyadék között. Egyrészt a fémhab összetett, háromdimenziós hálószerkezete a folyadék nemlineáris hatását teszi lehetővé, és a turbulencia mértéke is erősödik, így a nagy lokális hőátadásban elősegíti a szilárd felületet a folyadék felé; másrészt a fémhab nagy fajlagos felülete is fontos oka annak, hogy a fém jó hőátadó képességgel rendelkezik. Jelenleg a kompakt hőcserélő átviteli teljesítményére szolgáló fémhab tanulmányozása elsősorban a levegőoldali fokozott hőátadásra és a hűtőközeg oldali fokozott hőátadásra összpontosít.
A fémhab légoldali megnövelt hőátadási tulajdonságai miatt fémhabot használnak bordák helyett hőelvezetésre olyan alkalmazásokban, ahol hagyományos bordákat használnak, mint például a hűtő elektronikai alkatrészek, lemezes hőcserélők és bordás hőcserélők. A kompakt hőcserélőkben az áramlási hőátadási tulajdonságokat jelenleg főként réz- és alumíniumhab fémeknél vizsgálják, amelyek pórussűrűsége általában kisebb, mint 40%, porozitása pedig legalább 70%.
Egy bizonyos pórusméretnél a hőátadási sebesség a porozitás növekedésével nő és dominál. Másrészt egy bizonyos porozitás mellett minél nagyobb a pórussűrűség, annál kisebb a hőátadási hatásfok, ami a túlzottan nagy pórusméretnek köszönhető. A pórusszerkezeti paraméterek: porozitás, pórussűrűség és pórusátmérő a fő tényezők, amelyek befolyásolják a hőátadási teljesítményt.fémhabok. Fémhab hűtési elektronikai alkatrészekben történő alkalmazásához ortogonális kísérletekkel vizsgáltuk a fémhab porozitásának és pórusátmérőjének a hőleadó hatásra gyakorolt ​​hatását. Az eredmények azt mutatják, hogy kényszerkonvekció esetén a fémhab hőelvezetési teljesítménye a pórusszerkezettel függ össze, melyben a pórusméret a legnagyobb hatással.
Egyes kutatási eredmények azt mutatják, hogy bár a fémhabnak jelentős szerepe van a hőátadás fokozásában, az ellenállás növekedése nem elhanyagolható a hőcserélő teljesítményének növekedésével együtt. A fémhab hőátadási hatékonysága kisebb nyomásveszteség mellett jelentősen javul, a nyomásveszteség pedig a pórussűrűség növekedésével nő. A tanulmány eredményei tanulságosak a könnyű és kompakt, nagy hatásfokú hőcserélők tervezése és gyártása szempontjából. Azonos méretű fémhab hőcserélők és bordás hőcserélők kísérleti vizsgálata során megállapították, hogy azonos vizsgálati körülmények között a habosított fém hőcserélő kevésbé hatékony, mint a bordás hőcserélő, és a nyomásveszteség ill. A súrlódási együttható magasabb volt, mint a bordás hőcserélőé. A porózus fémhab nyilvánvalóan erősíti a konvektív hőátadást, és az erősítő hatás a Reynolds-szám növekedésével csökken; a porózus fémhab nyilvánvalóan növeli a folyadék áramlási ellenállását, de az ellenállás növekedésének többszöröse a Reynolds-szám növekedésével csökken. A konvektív hőátadás átfogó erősödése és az áramlási nyomásesés növekedése két aspektusból látható,porózus fémhabalkalmasabb a kisebb áramlási sebességű folyadékokhoz. A fémhab szerepe a légoldali fokozott hőátadás, de ugyanakkor a hőátadási teljesítmény javítása, az ellenállás is nőtt, és az általános teljesítmény rosszabb, mint a hagyományos bordák. A kutatások azt mutatják, hogy a fémhab alkalmas kis áramlású ritka alkalmakra. Ezért a habosított fém légoldali fokozott hőátadásnak figyelembe kell vennie az alkalmazási alkalmakat, és nem lehet vakon elvégezni a hagyományos bordás hőelvezetési alternatív kutatást.

A fémhab a hűtőközeg hőátadásának fokozásában is szerepet játszhat fázisváltással. Az eredmények azt mutatják, hogy ha a porozitás biztos, a hőátadási teljesítmény megduplázódik, mivel a pórussűrűség 20-ról 40 PPI-re csökken, és a pórusméret csökken, a finomabb sejtszerkezetnek köszönhetően, nagyobb felülettel és intenzívebb perturbációval. Nagy áramlási sebességeknél a forrásban lévő hőátadási tényező állandó és lassú növekedést tart fenn a szárazság növekedésével. Az üzemi nyomás fokozatos emelkedésével a forráshőátadás jelensége alacsony szárazságnál hasonló az őrölt forráshoz, azaz a hőátadás a nyomás növekedésével felerősödik, de a nyomás bizonyos mértékig emelkedése rontó szerepet játszik a forrásban. hőátadás. A rézhabcsövek hőátbocsátási tényezője körülbelül háromszor nagyobb, mint a fénycsöveké. Tiszta hűtőközeg esetén a fémhab jelenléte fokozza a forrásban lévő hőátadás áramlását, és a hőátbocsátási tényező akár 185%-kal is megnő. Olajtartalmú körülmények esetén a fémhab hőátadást erősítő hatása gyengül; azonos körülmények között az 5PPI fémhabhoz képest a 10PPI fémhab akár 0,6-szorosára növelheti a hőátadási tényezőt, és a kisebb pórusméret javíthatja az áramlási forrásban lévő hőátadási tényezőt.
Átfogóan elemeztem a tömegáram és a kétfázisú folyadékszárazság hatását az áramlási kondenzációs nyomásesésre és a hőátbocsátási tényezőre. Az eredmények azt mutatják, hogy a belső falú gyűrű alakú fémhabcső nyomásesése sokkal nagyobb, mint a fénycsőé, és a nyomásesés gyorsan és nemlineárisan növekszik a tömegáram és a szárazság növekedésével. A belső falú gyűrű alakú fémhabcső kondenzációs hőátbocsátási tényezője nagyobb, mint a fénycsőé, és a hőátbocsátási tényező nő a tömegáram és a szárazság növekedésével, valamint az ilyen típusú áramlási kondenzációs hőátbocsátási tényezővel megerősített csövek esetében körülbelül kétszer annyi, mint a fénycsőé. Mivel a kapilláris hatása nyilvánvaló, a 130PPI-vel megerősített cső pórussűrűsége a legjobb hatás, a fénycső esetében 3,06-szor, a 40PPI cső erősítésként elsősorban az alacsony bordás cső szerkezetéhez hasonlít.
A kompakt hőcserélőben,fémhabteljes mértékben kiaknázható a hőátadás szerepének erősítésére, de a tanulmány kimutatta, hogy a fémhabnövekedés ellenállási jellemzői is nagyon jelentősek, átfogó teljesítmény szükséges a fémhab kompakt hőcserélőben való alkalmazásának felméréséhez. Ezenkívül olajtartalmú kenőanyagok jelenlétében a fémhabok a hőátadás romlásához vezethetnek, és a fémhabok fokozott hőátadását a hűtőközegek fázisváltoztatási hőátadásához figyelembe kell venni a kenőanyagok hatásának fényében.