Свойства на топлопреминаване на метални пени с отворени клетки

Металната пяна е вид многофункционален композитен метален материал, съдържащ определен брой, определен размер на порите и определена порьозност в металната матрица. Пенометът има уникални структурни характеристики като голяма специфична повърхност, голяма порьозност и малка плътност и има многофункционални композитни характеристики като разсейване на топлината (отворена клетка), топлоизолация (затворена клетка), звукопоглъщане и потискане на вибрациите, лек , висока специфична якост, електромагнитно екраниране и т.н., и това е вид структурен и функционален материал, интегриращ свойствата на топлофизика, механика, акустика и електричество.
Заметална пяна с отворени клетки, високата порьозност и сложната триизмерна мрежеста структура го правят с много добро разсейване на топлината и висока ефективност на топлопредаване, което има много широка перспектива за приложение в областта на компактните топлообменници, охлаждане на микроелектронни устройства и т.н. За свойствата на пренос на топлина на пенометал с отворени клетки, неговият изследователски статус е изследван и анализиран от областите на приложение на компактни топлообменници.
Метална пяназа компактни топлообменници
Подобрените топлопреносни свойства на металната пяна са общопризнати. Когато газът или течността тече през дупките, топлината се пренася и обменя под формата на принудителна конвекция между металната пяна с отворена клетъчна структура и течността. От една страна, сложната триизмерна мрежеста структура на металната пяна прави нелинейния ефект на течността и степента на турбулентност също се засилва, като по този начин насърчава твърдата повърхност към течността при висок локален топлопренос; от друга страна, голямата специфична повърхност на пенометала също е важна причина металът да има добри характеристики на топлопредаване. Понастоящем изследването на метална пяна за производителност на пренос на компактен топлообменник се фокусира главно върху подобрения топлопренос от страната на въздуха и подобрения топлопренос от страната на хладилния агент.
За подобрените топлопреносни свойства на металната пяна от страна на въздуха, металната пяна се използва вместо ребра за разсейване на топлината в приложения, където се използват традиционни ребра, като охлаждане на електронни компоненти, пластинчати топлообменници и оребрени топлообменници. В компактните топлообменници свойствата на топлообмен на потока понастоящем се изследват главно за медни и алуминиеви пенометали с плътност на порите обикновено под 40% и порьозност от 70% или повече.
При определен размер на порите скоростта на топлопреминаване се увеличава с увеличаване на порьозността и доминира. От друга страна, за определена порьозност, колкото по-висока е плътността на порите, толкова по-ниска е ефективността на пренос на топлина, което може да се дължи на прекалено големия размер на порите. Параметрите на структурата на порите като порьозност, плътност на порите и диаметър на порите са основните фактори, влияещи върху ефективността на топлопреноса наметални пени. За прилагането на метална пяна при охлаждане на електронни компоненти, ефектите на порьозността на металната пяна и диаметъра на порите върху ефекта на разсейване на топлината бяха изследвани чрез ортогонални експерименти. Резултатите показват, че при принудителна конвекция, ефективността на разсейване на топлината на пенометал е свързана със структурата на порите, в която размерът на порите има най-голямо влияние.
Някои резултати от изследвания показват, че въпреки че пенометът има силна роля в подобряването на преноса на топлина, нарастването на съпротивлението не е за пренебрегване заедно с нарастването на производителността на топлообменника. Ефективността на топлопреминаване на пенометала се подобрява значително при по-малка загуба на налягане, а загубата на налягане се увеличава с увеличаване на плътността на порите. Резултатите от изследването са поучителни за проектирането и производството на леки и компактни високоефективни топлообменници. Беше проведено експериментално изследване на топлообменници от пенометал и топлообменници с ребра с еднакъв размер и беше установено, че при същите условия на изпитване топлообменникът от пенометал е по-малко ефективен от топлообменника с ребра и загубата на налягане и коефициентът на триене е по-висок от този на топлообменника с ребра. Порестият пеномет има очевиден укрепващ ефект върху конвективния пренос на топлина и укрепващият ефект намалява с увеличаването на числото на Рейнолдс; порестият пенометал кара съпротивлението на потока на течността да се увеличава очевидно, но умножаването на увеличението на съпротивлението намалява с увеличаването на числото на Рейнолдс. Може да се види цялостно укрепване на конвективния топлопренос и увеличаване на спада на налягането в потока от два аспекта,порест метал от пянае по-подходящ за течности с по-малък дебит. Пенометът има ролята на подобрен пренос на топлина от страна на въздуха, но в същото време се подобрява ефективността на преноса на топлина, съпротивлението също се увеличава и цялостната производителност е по-лоша от традиционните перки. Изследванията показват, че пенометът е подходящ за редки случаи с нисък поток. Следователно, подобреният топлопренос от страна на въздуха от пенометал трябва да вземе предвид случаите на приложение и не може сляпо да извърши традиционното алтернативно изследване на разсейването на топлината с перки.

Металната пяна може също да играе роля в подобряването на преноса на топлина на хладилния агент чрез фазова промяна. Резултатите показват, че когато порьозността е сигурна, ефективността на топлопреноса се удвоява, тъй като плътността на порите намалява от 20 на 40 PPI и размерът на порите намалява, поради по-фината клетъчна структура с по-голяма повърхност и по-интензивно смущение. При високи скорости на потока коефициентът на топлопреминаване при кипене поддържа стабилно и бавно нарастване с увеличаване на сухотата. С постепенното увеличаване на работното налягане феноменът на топлообмен на кипене при ниска сухота е подобен на кипенето на земята, т.е. преносът на топлина се засилва с увеличаването на налягането, но налягането се повишава до известна степен и играе влошаваща роля при кипенето пренос на топлина. Коефициентът на топлопреминаване на тръбите от медна пяна е около три пъти по-висок от този на светлинните тръби. В случай на чист хладилен агент, наличието на пенометал усилва потока на топлообмен на кипене и коефициентът на топлопреминаване се увеличава с до 185%. В случай на условия, съдържащи масло, ефектът на металната пяна за засилване на преноса на топлина е отслабен; при същите условия, в сравнение с 5PPI пенометал, 10PPI пенометал може да увеличи коефициента на топлопреминаване с до 0,6 пъти, а по-малкият размер на порите може да подобри коефициента на топлопреминаване при кипене на потока.
Ефектите от масовия дебит и сухотата на двуфазния флуид върху спада на налягането на кондензацията на потока и коефициента на топлопреминаване бяха анализирани изчерпателно. Резултатите показват, че спадът на налягането на запълнената с вътрешната стена пръстеновидна метална тръба от пяна е много по-голям от този на светлинната тръба и спадът на налягането нараства бързо и нелинейно с увеличаването на масовия дебит и сухотата. Коефициентът на кондензационен топлопренос на запълнената с вътрешната стена пръстеновидна метална тръба от пяна е по-голям от този на светлинната тръба и коефициентът на топлопреминаване се увеличава с увеличаването на масовия дебит и сухотата, а коефициентът на топлопреминаване на кондензацията на потока от този тип на подсилени тръби е около два пъти повече от този на светлинната тръба. Тъй като неговият капилярен ефект е очевиден, плътността на порите на подсилената тръба от 130 PPI е най-добрият ефект, за светлинната тръба 3,06 пъти, тръбата от 40 PPI е основно подобна на структурата на тръбата с ниско оребряване като средство за укрепване.
В компактния топлообменник,метална пянаможе да се използва напълно за укрепване на ролята на преноса на топлина, но проучването показа, че характеристиките на съпротивлението на растежа на пенометала също са много значителни, необходимостта от цялостна производителност за оценка на приложението на пенометала в компактния топлообменник. Освен това, в присъствието на съдържащи масло смазочни материали, пенометалът може да доведе до влошаване на топлопреминаването и подобреният топлопренос на метални пенопласти за фазова промяна на топлопреноса на хладилни агенти трябва да се разглежда в светлината на ефектите на смазочните материали.