Теплообмінні властивості металевих пін з відкритими комірками

Металева піна - це різновид багатофункціонального композитного металевого матеріалу, що містить певну кількість, певний розмір пор і певну пористість у металевій матриці. Пінометал має унікальні структурні характеристики, такі як велика питома поверхня, велика пористість і мала щільність, і багатофункціональні композитні характеристики, такі як розсіювання тепла (з відкритими комірками), теплоізоляція (закриті комірки), звукопоглинання та гасіння вібрації, легка вага , висока питома міцність, електромагнітне екранування тощо, і це свого роду структурний і функціональний матеріал, що поєднує властивості теплофізики, механіки, акустики та електрики.
дляметалева піна з відкритими порами, висока пористість і складна тривимірна сітчаста структура роблять його дуже хорошим розсіюванням тепла та високою ефективністю теплопередачі, що має дуже широку перспективу застосування в області компактних теплообмінників, охолодження мікроелектронних пристроїв тощо. Для властивостей теплопередачі спіненого металу з відкритими комірками досліджується та аналізується його статус із областей застосування компактних теплообмінників.
Металева пінадля компактних теплообмінників
Покращені властивості теплопередачі металевої піни були загальновизнаними. Коли газ або рідина протікає через отвори, тепло передається та взаємообмінюється у вигляді примусової конвекції між металевою піною з відкритою комірковою структурою та рідиною. З одного боку, складна тривимірна сітчаста структура металевої піни створює нелінійний ефект рідини, і ступінь турбулентності також посилюється, таким чином сприяючи твердій поверхні рідини у високій локальній теплопередачі; з іншого боку, велика питома поверхня пінометалу також є важливою причиною того, що метал має хороші показники теплопередачі. На даний момент дослідження ефективності передачі металевої піни для компактного теплообмінника в основному зосереджено на посиленій теплопередачі на стороні повітря та на стороні холодоагенту.
Для покращених властивостей теплопередачі металевої піни на стороні повітря металева піна використовується замість ребер для розсіювання тепла в додатках, де використовуються традиційні ребра, наприклад охолодження електронних компонентів, пластинчасті теплообмінники та ребристі теплообмінники. У компактних теплообмінниках властивості теплопередачі потоку в даний час вивчаються в основному для пінометалів міді та алюмінію з щільністю пор, як правило, менше 40% і пористістю 70% або більше.
При певному розмірі пор швидкість тепловіддачі зростає зі збільшенням пористості і домінує. З іншого боку, для певної пористості, чим вища щільність пор, тим нижча ефективність теплопередачі, що може бути наслідком надмірно великого розміру пор. Параметри порової структури пористості, щільності пор і діаметра пор є основними факторами, що впливають на продуктивність теплопередачіметалеві піни. Для застосування металевої піни в охолодженні електронних компонентів вплив пористості металевої піни та діаметра пор на ефект розсіювання тепла досліджували за допомогою ортогональних експериментів. Результати показують, що за примусової конвекції ефективність розсіювання тепла пінометалу пов’язана зі структурою пор, на яку розмір пор має найбільший вплив.
Результати деяких досліджень показують, що хоча спінений метал відіграє важливу роль у посиленні теплопередачі, зростання опору не є незначним разом зі зростанням продуктивності теплообмінника. Ефективність теплопередачі пінометалу значно покращується при менших втратах тиску, а втрати тиску зростають із збільшенням щільності пор. Результати дослідження є повчальними для проектування та виготовлення легких і компактних високоефективних теплообмінників. Було проведено експериментальне дослідження пінометалевих теплообмінників і ребристих теплообмінників однакового розміру, і було виявлено, що за однакових умов випробувань пінометалевий теплообмінник був менш ефективним, ніж ребристий теплообмінник, а втрати тиску та коефіцієнт тертя був вищим, ніж у ребристого теплообмінника. Пористий пінометал має очевидний зміцнюючий ефект на конвективний теплообмін, і зміцнюючий ефект зменшується зі збільшенням числа Рейнольдса; пористий пінометал явно збільшує опір потоку рідини, але збільшення опору зменшується зі збільшенням числа Рейнольдса. Простежується всебічне посилення конвективного теплообміну та збільшення перепаду тиску в потоці двох аспектів,пористий пінометалбільше підходить для рідини з меншою витратою. Пінопласт має роль посиленого теплообміну на стороні повітря, але водночас підвищення продуктивності теплообміну, опір також збільшився, а загальна продуктивність гірша, ніж у традиційних ребер. Дослідження показують, що пінопласт підходить для рідкісних випадків низького потоку. Таким чином, посилена теплопередача пінометалу на стороні повітря повинна враховувати випадки застосування, і не можна сліпо проводити традиційні альтернативні дослідження розсіювання тепла плавниками.

Металева піна також може відігравати важливу роль у посиленні теплопередачі холодоагенту шляхом зміни фази. Результати показують, що коли пористість певна, продуктивність теплопередачі подвоюється, оскільки щільність пор зменшується з 20 до 40 PPI, а розмір пор зменшується завдяки більш дрібній комірковій структурі з більшою площею поверхні та більш інтенсивним збуренням. При високій швидкості потоку коефіцієнт теплопередачі при кипінні підтримує постійне та повільне зростання зі збільшенням сухості. При поступовому збільшенні робочого тиску явище теплопередачі при кипінні при низькій сухості подібне до кипіння в грунті, тобто теплопередача посилюється зі збільшенням тиску, але підвищення тиску до певної міри відіграє погіршувальну роль у кипінні. теплообмін. Коефіцієнт теплопередачі мідних пінопластових трубок приблизно втричі вищий, ніж у легких трубок. У випадку чистого холодоагенту присутність спіненого металу посилює потік теплообміну кипіння, а коефіцієнт теплопередачі збільшується до 185%. У випадку нафтовмісних умов ефект металевої піни для посилення тепловіддачі послаблюється; за тих самих умов, порівняно з 5PPI пінометал, 10PPI пінометал може збільшити коефіцієнт теплопередачі до 0,6 разів, а менший розмір пор може покращити коефіцієнт теплопередачі кипіння потоку.
Всебічно проаналізовано вплив масової витрати та сухості двофазної рідини на перепад тиску конденсації потоку та коефіцієнт тепловіддачі. Результати показують, що падіння тиску у заповненій внутрішньою стінкою кільцевій металевій пінопластовій трубі набагато більше, ніж у легкій трубці, і падіння тиску швидко та нелінійно зростає зі збільшенням масової витрати та сухості. Коефіцієнт теплопередачі конденсації заповненої внутрішньою стінкою кільцевої металевої пінопластової труби більший, ніж у легкої трубки, і коефіцієнт теплопередачі збільшується зі збільшенням масової витрати та сухості, а коефіцієнт теплопередачі конденсації потоку цього типу армованих труб приблизно вдвічі більше, ніж світлових труб. Оскільки його капілярний ефект очевидний, щільність пор армованої трубки 130 PPI є найкращим ефектом, для світлової трубки в 3,06 рази, трубка 40 PPI в основному схожа на структуру труби з низьким ребром як засіб зміцнення.
У компактному теплообмінникуметалева пінаможна повністю використати для посилення ролі теплообміну, але дослідження показало, що характеристики опору росту спіненого металу також дуже значні, потреба в комплексній продуктивності для оцінки застосування спіненого металу в компактному теплообміннику. Крім того, у присутності мастильних матеріалів, що містять масло, спінені метали можуть призвести до погіршення теплопередачі, і посилену теплопередачу металевих пінопластів для фазової зміни теплопередачі холодоагентів необхідно розглядати в світлі впливу мастильних матеріалів.