Varmeoverføringsegenskaper til metallskum med åpne celler

Metallskum er et slags multifunksjonelt komposittmetallmateriale som inneholder et visst antall, en viss størrelse på porene og en viss porøsitet i metallmatrisen. Skummetall har unike strukturelle egenskaper som stort spesifikt overflateareal, stor porøsitet og liten tetthet, og har multifunksjonelle komposittegenskaper som varmespredning (åpen celle), varmeisolasjon (lukket celle), lydabsorpsjon og vibrasjonsdemping, lettvekt , høy spesifikk styrke, elektromagnetisk skjerming, etc., og det er et slags strukturelt og funksjonelt materiale som integrerer egenskapene til termofysikk, mekanikk, akustikk og elektrisitet.
Tilmetallskum med åpne celler, den høye porøsiteten og den komplekse tredimensjonale nettstrukturen gjør at den har veldig god varmespredning og høy varmeoverføringseffektivitet, som har et veldig bredt anvendelsesperspektiv innen kompakte varmevekslere, mikroelektronisk enhetskjøling og så videre. For varmeoverføringsegenskapene til åpencellet skummetall, blir dets forskningsstatus undersøkt og analysert fra bruksområdene til kompakte varmevekslere.
Metallskumfor kompakte varmevekslere
De forbedrede varmeoverføringsegenskapene til metallskum har blitt generelt anerkjent. Når gassen eller væsken strømmer gjennom hullene, overføres og byttes varmen i form av tvungen konveksjon mellom metallskummet med en åpencellet struktur og væsken. På den ene siden gjør den komplekse tredimensjonale maskestrukturen til metallskum den ikke-lineære effekten av væsken, og graden av turbulens styrkes også, og fremmer dermed den faste overflaten til væsken i den høye lokale varmeoverføringen; på den annen side er skummetallets store spesifikke overflateareal også en viktig årsak til at metallet har god varmeoverføringsytelse. For tiden fokuserer studiet av metallskum for kompakt varmeveksleroverføring hovedsakelig på forbedret varmeoverføring på luftsiden og forbedret varmeoverføring på kjølemiddelsiden.
For de forbedrede varmeoverføringsegenskapene til metallskum på luftsiden, brukes metallskum i stedet for ribber for varmeavledning i applikasjoner der tradisjonelle finner brukes, for eksempel kjølende elektroniske komponenter, platevarmevekslere og ribbevarmevekslere. I kompakte varmevekslere studeres strømningsvarmeoverføringsegenskapene for tiden hovedsakelig for kobber- og aluminiumskummetaller med poretettheter generelt mindre enn 40 % og porøsiteter på 70 % eller mer.
Ved en viss porestørrelse øker varmeoverføringshastigheten med økningen av porøsitet og dominerer. På den annen side, for en viss porøsitet, jo høyere poretetthet, jo lavere er varmeoverføringseffektiviteten, noe som kan skyldes den for store porestørrelsen. Porestrukturparametrene for porøsitet, poretetthet og porediameter er hovedfaktorene som påvirker varmeoverføringsytelsen tilmetallskum. For påføring av metallskum i kjølende elektroniske komponenter, ble effekten av metallskumporøsitet og porediameter på varmeavledningseffekten undersøkt ved ortogonale eksperimenter. Resultatene viser at under tvungen konveksjon er varmeavledningsytelsen til skummetall relatert til porestrukturen, hvor porestørrelsen har størst innflytelse.
Noen forskningsresultater viser at selv om skummetallet har en sterk rolle i å forbedre varmeoverføringen, er motstandsveksten ikke ubetydelig sammen med veksten av varmevekslerens ytelse. Varmeoverføringseffektiviteten til skummetall forbedres betydelig ved mindre trykktap, og trykktapet øker med økningen av poretettheten. Resultatene av studien er lærerike for design og fabrikasjon av lette og kompakte høyeffektive varmevekslere. En eksperimentell studie av skummetallvarmevekslere og ribbevarmevekslere av samme størrelse ble utført, og det ble funnet at under de samme testforholdene var skummetallvarmeveksleren mindre effektiv enn ribbevarmeveksleren, og trykktapet og friksjonskoeffisienten var høyere enn for den lamellvarmeveksleren. Det porøse skummetallet har en åpenbar styrkende effekt på konvektiv varmeoverføring, og styrkingseffekten avtar med økningen av Reynolds tall; det porøse skummetallet gjør at væskens strømningsmotstand øker åpenbart, men multiplikasjonen av motstandsøkningen avtar med økningen av Reynolds tall. Omfattende styrking av konvektiv varmeoverføring og økning i trykkfallet i strømmen av to aspekter kan sees,porøst skummetaller mer egnet for væsken med anledninger med mindre strømningshastighet. Skummetall har rollen som forbedret varmeoverføring på luftsiden, men forbedring av varmeoverføringsytelsen på samme tid, motstanden økte også, og den generelle ytelsen er dårligere enn de tradisjonelle finnene. Forskning viser at skummetall er egnet for sjeldne tilfeller med lav flyt. Derfor, skummetall luft-side forbedret varmeoverføring må vurdere søknaden anledninger, og kan ikke blindt utføre den tradisjonelle finne varmespredning alternativ forskning.

Metallskummet kan også spille en rolle i å forbedre varmeoverføringen av kjølemediet ved faseendring. Resultatene viser at når porøsiteten er sikker, dobles varmeoverføringsytelsen ettersom poretettheten reduseres fra 20 til 40 PPI og porestørrelsen reduseres, på grunn av den finere cellestrukturen med større overflateareal og mer intens forstyrrelse. Ved høye strømningshastigheter opprettholder den kokende varmeoverføringskoeffisienten en jevn og langsom økning med økende tørrhet. Med den gradvise økningen i driftstrykk, er det kokende varmeoverføringsfenomenet ved lav tørrhet likt jordkoking, dvs. varmeoverføringen forsterkes med økningen i trykket, men trykket stiger til en viss grad spiller en forverrende rolle i kokingen varmeoverføring. Varmeoverføringskoeffisienten til kobberskumrør er omtrent tre ganger høyere enn for lysrør. Når det gjelder rent kjølemiddel, øker tilstedeværelsen av skummetall flyten av kokende varmeoverføring, og varmeoverføringskoeffisienten økes med opptil 185%. Ved oljeholdige forhold svekkes effekten av metallskum for å styrke varmeoverføringen; under de samme forholdene, sammenlignet med 5PPI skummetall, kan 10PPI skummetall øke varmeoverføringskoeffisienten med opptil 0,6 ganger, og mindre porestørrelse kan forbedre strømningskokende varmeoverføringskoeffisient.
Effektene av massestrømningshastighet og to-fase væsketørrhet på strømningskondensasjonstrykkfall og varmeoverføringskoeffisient ble grundig analysert. Resultatene viser at trykkfallet til det indre veggfylte ringformede metallskumrøret er mye større enn lysrøret, og trykkfallet øker raskt og ikke-lineært med økningen i massestrømningshastigheten og tørrheten. Kondensasjonsvarmeoverføringskoeffisienten til det indre veggfylte ringformede metallskumrøret er større enn lysrøret, og varmeoverføringskoeffisienten øker med økningen av massestrømningshastigheten og tørrheten, og strømningskondensasjonsvarmeoverføringskoeffisienten av denne typen av forsterkede rør er omtrent dobbelt så mye som lysrøret. Fordi kapillæreffekten er åpenbar, er poretettheten til det 130PPI forsterkede røret den beste effekten, for lysrøret 3,06 ganger er 40PPI-røret hovedsakelig lik strukturen til det lavribbede røret som et middel for å styrke.
I den kompakte varmeveksleren,metallskumkan utnyttes fullt ut for å styrke rollen til varmeoverføring, men studien viste at motstandsegenskapene til skummetallveksten også er svært betydelige, behovet for omfattende ytelse for å vurdere bruken av skummetall i den kompakte varmeveksleren. I tillegg, i nærvær av oljeholdige smøremidler, kan skummetaller føre til forringelse av varmeoverføringen, og den forbedrede varmeoverføringen av metallskum for faseendringsvarmeoverføring av kjølemedier må vurderes i lys av effektene av smøremidler.