Propiedades de transferencia de calor das espumas metálicas de células abertas

A escuma metálica é un tipo de material metálico composto multifuncional que contén un certo número, un determinado tamaño de poros e unha certa porosidade na matriz metálica. A espuma metálica ten características estruturais únicas, como unha gran superficie específica, gran porosidade e pequena densidade, e ten características compostas multifuncionais como disipación de calor (célula aberta), illamento térmico (célula pechada), absorción de son e amortiguamento de vibracións, lixeiro. , alta resistencia específica, blindaxe electromagnética, etc., e é unha especie de material estrutural e funcional que integra as propiedades da termofísica, mecánica, acústica e electricidade.
Paraespuma metálica de células abertas, a alta porosidade e a complexa estrutura de malla tridimensional fan que teña unha moi boa disipación de calor e unha alta eficiencia de transferencia de calor, que ten unha perspectiva de aplicación moi ampla no campo dos intercambiadores de calor compactos, o arrefriamento de dispositivos microelectrónicos, etc. Para as propiedades de transferencia de calor da espuma metálica de células abertas, investigóse e analízase o seu estado de investigación desde as áreas de aplicación dos intercambiadores de calor compactos.
Espuma metálicapara intercambiadores de calor compactos
Recoñecéronse en xeral as propiedades de transferencia de calor melloradas da escuma metálica. Cando o gas ou o líquido flúe polos buratos, a calor transfírese e intercámbiase en forma de convección forzada entre a escuma metálica cunha estrutura de células abertas e o fluído. Por unha banda, a complexa estrutura de malla tridimensional da escuma metálica fai que o efecto non lineal do fluído e o grao de turbulencia tamén se fortaleza, promovendo así a superficie sólida ao fluído na alta transferencia de calor local; por outra banda, a gran superficie específica de metal de escuma tamén é unha razón importante para que o metal teña un bo rendemento de transferencia de calor. Na actualidade, o estudo da escuma metálica para o rendemento de transferencia de intercambiador de calor compacto céntrase principalmente na transferencia de calor mellorada no lado do aire e na transferencia de calor mellorada no lado do refrixerante.
Para as propiedades de transferencia de calor melloradas no lado do aire da escuma metálica, úsase escuma metálica en lugar das aletas para a disipación de calor en aplicacións nas que se usan aletas tradicionais, como compoñentes electrónicos de refrixeración, intercambiadores de calor de placas e intercambiadores de calor con aletas. Nos intercambiadores de calor compactos, as propiedades de transferencia de calor do fluxo estúdanse actualmente principalmente para metais de espuma de cobre e aluminio con densidades de poros xeralmente inferiores ao 40% e porosidades do 70% ou máis.
A un determinado tamaño de poro, a taxa de transferencia de calor aumenta co aumento da porosidade e domina. Por outra banda, para unha certa porosidade, canto maior sexa a densidade de poros, menor será a eficiencia de transferencia de calor, o que pode deberse ao tamaño excesivamente grande dos poros. Os parámetros da estrutura dos poros de porosidade, densidade de poros e diámetro dos poros son os principais factores que afectan o rendemento da transferencia de calor.espumas metálicas. Para a aplicación de escuma metálica en compoñentes electrónicos de arrefriamento, investigáronse os efectos da porosidade da escuma metálica e do diámetro dos poros no efecto de disipación da calor mediante experimentos ortogonais. Os resultados mostran que baixo convección forzada, o rendemento de disipación de calor da espuma metálica está relacionado coa estrutura dos poros, na que o tamaño dos poros ten a maior influencia.
Algúns resultados da investigación mostran que aínda que a espuma metálica ten un papel importante na mellora da transferencia de calor, o crecemento da resistencia non é desprezable xunto co crecemento do rendemento do intercambiador de calor. A eficiencia de transferencia de calor da espuma metálica mellora significativamente a menor perda de presión e a perda de presión aumenta co aumento da densidade de poros. Os resultados do estudo son instrutivos para o deseño e fabricación de intercambiadores de calor lixeiros e compactos de alta eficiencia. Realizouse un estudo experimental de intercambiadores de calor de escuma metálica e intercambiadores de calor con aletas do mesmo tamaño, e descubriuse que nas mesmas condicións de proba, o intercambiador de calor de escuma metálica era menos eficiente que o intercambiador de calor con aletas, e a perda de presión e coeficiente de rozamento foron superiores aos do intercambiador de calor con aletas. A escuma metálica porosa ten un efecto de fortalecemento evidente na transferencia de calor convectiva, e o efecto de fortalecemento diminúe co aumento do número de Reynolds; a escuma metálica porosa fai que a resistencia ao fluxo do fluído aumente obviamente, pero a multiplicación do aumento da resistencia diminúe co aumento do número de Reynolds. Pódese ver o fortalecemento integral da transferencia de calor convectiva e o aumento da caída de presión no fluxo de dous aspectos,escuma metálica porosaé máis axeitado para o fluído con ocasións de menor caudal. A espuma metálica ten o papel de mellorar a transferencia de calor no lado do aire, pero ao mesmo tempo, a mellora do rendemento da transferencia de calor, a resistencia tamén aumentou e o rendemento xeral é peor que as aletas tradicionais. A investigación mostra que a espuma metálica é adecuada para raras ocasións de baixo fluxo. Polo tanto, a transferencia de calor mellorada polo aire de escuma metálica debe considerar as ocasións de aplicación e non pode realizar cegamente a investigación alternativa tradicional de disipación de calor de aleta.

A escuma metálica tamén pode desempeñar un papel na mellora da transferencia de calor do refrixerante por cambio de fase. Os resultados mostran que, cando a porosidade é certa, o rendemento da transferencia de calor duplícase a medida que a densidade de poros diminúe de 20 a 40 PPI e o tamaño dos poros diminúe, debido á estrutura celular máis fina, cunha superficie máis grande e unha perturbación máis intensa. A altas taxas de fluxo, o coeficiente de transferencia de calor en ebulición mantén un aumento constante e lento ao aumentar a sequedade. Co aumento gradual da presión de funcionamento, o fenómeno de transferencia de calor de ebulición a baixa sequedade é similar á ebulición moída, é dicir, a transferencia de calor intensifica co aumento da presión, pero a presión aumenta ata certo punto xoga un papel deteriorado na ebulición. transferencia de calor. O coeficiente de transferencia de calor dos tubos de escuma de cobre é unhas tres veces maior que o dos tubos lixeiros. No caso do refrixerante puro, a presenza de escuma metálica mellora o fluxo de transferencia de calor en ebulición e o coeficiente de transferencia de calor aumenta ata un 185%. No caso de condicións que conteñen aceite, o efecto da escuma metálica para reforzar a transferencia de calor é debilitado; nas mesmas condicións, en comparación co metal de escuma de 5PPI, o metal de escuma de 10PPI pode aumentar o coeficiente de transferencia de calor ata 0,6 veces, e un tamaño de poro menor pode mellorar o coeficiente de transferencia de calor de ebulición do fluxo.
Analizáronse exhaustivamente os efectos do caudal másico e a sequedade do fluído bifásico sobre a caída de presión de condensación do fluxo e o coeficiente de transferencia de calor. Os resultados mostran que a caída de presión do tubo de escuma metálica anular chea de parede interior é moito maior que a do tubo de luz, e a caída de presión aumenta de forma rápida e non lineal co aumento do caudal de masa e a sequedade. O coeficiente de transferencia de calor de condensación do tubo de escuma metálica anular recheo de parede interior é maior que o do tubo de luz, e o coeficiente de transferencia de calor aumenta co aumento do caudal de masa e a sequedade, e o coeficiente de transferencia de calor de condensación deste tipo. dos tubos reforzados é aproximadamente o dobre que o do tubo de luz. Debido a que o seu efecto capilar é obvio, a densidade de poros do tubo reforzado de 130PPI é o mellor efecto, para o tubo de luz 3,06 veces, o tubo de 40PPI é principalmente similar á estrutura do tubo de nervadura baixa como medio de fortalecemento.
No intercambiador de calor compacto,espuma metálicapode ser totalmente utilizado para fortalecer o papel da transferencia de calor, pero o estudo mostrou que as características de resistencia do crecemento do metal de escuma tamén son moi importantes, a necesidade dun rendemento completo para avaliar a aplicación de escuma metálica no intercambiador de calor compacto. Ademais, en presenza de lubricantes que conteñen aceite, os metais de escuma poden provocar un deterioro da transferencia de calor, e a transferencia de calor mellorada das escumas metálicas para a transferencia de calor de refrixerantes por cambio de fase debe considerarse á luz dos efectos dos lubricantes.