חקר מאפייני העברת החום של קצף מתכת ויישומו בתעשיית HVAC

הביקוש לאנרגיה בעולם גדל בקצב של כ-1.3% בשנה, ושימור אנרגיה והפחתת פליטות היא אחת מאסטרטגיות הפיתוח החשובות של המדינה, ולכן ציוד לחיסכון באנרגיה בתחום יישומי האנרגיה (המרת חום, אגירת חום, ו ניצול חום) מושך תשומת לב רבה.

קצף מתכתהיא טכנולוגיית עיבוד חומר שהוצעה על ידי המדען האמריקאי סוסניק ב-1948, מעין נקבובית שנוצרה על ידי שלד מסוג רצועות מתכת ויחידות נקבוביות המחוברות זו לזו עם תאים פתוחים, כל תא פתוח (נקבובית) כולל 12~14 משטחים מחומשים או משושה, חומר לאֲלוּמִינְיוּם, פלדה, ניקל, נחושת, קרמיקה וסגסוגות מתכת, שיש לה את המאפיינים המצוינים הן של המתכת הרציפה והן המאפיינים של נקבוביות שלב בדידות.
קצפי מתכת מאופיינים על ידי הפרמטרים העיקריים הבאים:
1. קוטר הנקבוביות הוא הקוטר הממוצע של הפתחים ונע בין 0.1 ל-10 מ"מ;
2. קוטר השלד הוא הקוטר הממוצע של שלד המתכת;
3. צפיפות הנקבוביות היא מספר הנקבוביות לאינץ' והיא קשורה לגודל התא, גודל הנקבוביות וגודל הצלעות;
4. נקבוביות ε היא חלק הנפח של הנקבוביות המתקבל ממדידות מסה ונפח של המדגם, הנעים בין 80% ל-99%, וניתן לסווג אותו לנקבוביות פתוחות וסגורות לפי האם הנקבוביות חדירות או לא.
בשל המאפיינים של זרימת נוזלים וחילופי חום, היישום בתחום האנרגיה הוא בעיקר מסוג נקבוביות פתוחות, אשר בפנים יש מבנה נקבובי תלת מימדי רציף ובלתי חסום, ויש נקבוביות בין השלד המוצק, והנוזל יכול לזרום. בתוך הנקבוביות, עם נקבוביות ε>80%, שטח פנים ספציפי גדול (1000~5000 מ"ר/מ"ק), מוליכות תרמית גדולה וביצועי חילופי חום טובים, שהם משמש בעיקר במחליף חום, קירור אלקטרוני ותא דלק. במתקני אנרגיה הוא משמש במחלפי חום עם מתכת מוקצפת משובצת, קולטי שמש, קולטי שמש, מצברי חום וכן הלאה.
על פי המאפיינים המבניים והמאפיינים הפיזיים של קצף מתכת, חקור את היישום הפונקציונלי של קצף מתכת בתחום HVAC, בהתאמה, מהעברת חום, איסוף חום, אחסון חום 3 היבטים של היישומים העיקריים שלו ומאפייני המחקר, העיקריים הממצאים הם כדלקמן:
(1) מחליף החום המוטבע בקצף המתכת הוא מחליף חום קומפקטי יעיל ביותר, שיכול להגדיל את מקדם העברת החום ההסעה פי 3~9; חומרים שונים (נחושת, אלומיניום, ניקל) יכול לשפר משמעותית את היכולת לחזק את העברת החום, וחומרים שונים יכולים להפוך את מקדם העברת החום שונה; מתכת קצף בתיאוריה של העברת חום בנקבוביות, צפיפות הנקבוביות וחדירות סולם הנקבוביות היא לקבוע את העברת החום של הפרמטרים העיקריים של היעיל; הפרמטרים בקצב העברת החום, ירידת הלחץ, זרימת הצימוד של מקדם העברת החום הוא הפרמטר העיקרי; פרמטרים בקצב העברת החום, ירידת לחץ, זרימת המוצק יש לקבוע צימוד של מקדם העברת החום של הפרמטרים העיקריים, האם העיצוב של מחליף החום הוא הפרמטרים העיקריים של המחוון.
(2) קצף מתכת משמש במתקני קולט שמש, בשל קצף המתכת המשמש במצב טמפרטורה גבוהה זה, אפקט קרינת החום ברור ודומיננטי. השפעת הצימוד של הולכת חום והעברת חום בקרינה בטמפרטורות גבוהות בתהליך העברת החום, כמו גם הספציפיות של מבנה קצף המתכת, הופכת את הגורמים המשפיעים על המוליכות התרמית האפקטיבית של קצף המתכת ומצב העברת החום למרובים. ומורכבים. בשימוש נפוץ הם קולטי שמש ספיגה ישירה וקולטים סולאריים נפחיים, שבהם קולט הספיגה הוא ההשפעה של קצף מתכת על ספיגת אנרגיית השמש היא דומיננטית, בין מתכת, קצף והעברת חום נוזל משפיעה בעקיפין על הביצועים של קולט אנרגיה סולארית; אספן נפחי הוא השימוש בזרימת אוויר וזרימת אנרגיה סולארית לתוך המכשיר, הגיאומטריה ותצורת החומר של קצף המתכת תופסת את הגורמים העיקריים.
(3)קצף מתכתמשמש בהתקני אחסון אנרגיה תרמית בשל המשכיות המבנה ויעילות גבוהה של מוליכות תרמית, תוך שימוש במוליכות התרמית הגבוהה, הנקבוביות הגבוהה ושטח הפנים הספציפי הגבוה, וחומרי שינוי פאזה בעלי יכולת אחסון חום גדולה, מבנה פשוט וללא צורך לצרוך אנרגיה נוספת וכו', היתרונות של סופרפוזיציה של הרכב חומרים מרוכבים לשינוי פאזה, לשפר את העברת החום של פרפין, לחזק את המוליכות התרמית של חומרים לשינוי פאזה, מחקר של השיפור של מתכת הקצף בחומר שינוי הפאזה שיפור מתכת הקצף בסידור חומרי הפאזה, שינוי הנקבוביות וקנה המידה של הנקבוביות, בחירת חומרים וכו' במערכת המרוכבת של זמן התגובה לשינוי הפאזה, חלוקת הטמפרטורה, לזמן אחסון החום ולהעברת החום יש השפעה חשובה על האופטימיזציה שלאחר מכן של עיצוב הציוד כדי לספק בסיס תיאורטי מסוים.