Карактеристики на пренос на топлина на метални пени со отворена ќелија

Металната пена е еден вид мултифункционален композитен метален материјал кој содржи одреден број, одредена големина на пори и одредена порозност во металната матрица. Пена метал има уникатни структурни карактеристики како што се голема специфична површина, голема порозност и мала густина и има мултифункционални композитни карактеристики како што се дисипација на топлина (отворена ќелија), топлинска изолација (затворена ќелија), апсорпција на звук и амортизација на вибрации, лесен , висока специфична јачина, електромагнетна заштита итн., а тоа е еден вид структурен и функционален материјал кој ги интегрира својствата на термофизика, механика, акустика и електрична енергија.
Заметална пена со отворени ќелии, високата порозност и сложената тридимензионална мрежеста структура го прават да има многу добра дисипација на топлина и висока ефикасност на пренос на топлина, што има многу широка перспектива за примена во областа на компактни разменувачи на топлина, ладење на микроелектронски уреди итн. За својствата на пренос на топлина на металот од пена со отворена ќелија, неговиот статус на истражување се истражува и анализира од областите на примена на компактните разменувачи на топлина.
Метална пеназа компактни разменувачи на топлина
Засилените својства на пренос на топлина на металната пена се општо признати. Кога гасот или течноста тече низ дупките, топлината се пренесува и се заменува во форма на принудна конвекција помеѓу металната пена со структура со отворена ќелија и течноста. Од една страна, сложената тродимензионална мрежеста структура на металната пена го прави нелинеарниот ефект на течноста, а степенот на турбуленција исто така се зајакнува, со што се промовира цврстата површина на течноста во високиот локален пренос на топлина; од друга страна, пена метал голема специфична површина е исто така важна причина за метал има добри перформанси пренос на топлина. Во моментов, студијата за метална пена за перформанси на компактен пренос на разменувач на топлина главно се фокусира на подобрен пренос на топлина од страна на воздухот и подобрен пренос на топлина од страна на ладилното средство.
За подобрените својства на пренос на топлина на металната пена од страна на воздухот, се користи метална пена наместо перки за дисипација на топлина во апликации каде што се користат традиционални перки, како што се ладење електронски компоненти, плочести разменувачи на топлина и разменувачи на топлина со ребра. Во компактните разменувачи на топлина, својствата на пренос на топлина во моментов се проучуваат главно за метали од бакар и алуминиумска пена со густина на порите генерално помала од 40% и порозност од 70% или повеќе.
При одредена големина на порите, брзината на пренос на топлина се зголемува со зголемувањето на порозноста и доминира. Од друга страна, за одредена порозност, колку е поголема густината на порите, толку е помала ефикасноста на пренос на топлина, што може да се должи на претерано големата големина на порите. Параметрите на структурата на порите на порозноста, густината на порите и дијаметарот на порите се главните фактори кои влијаат на перформансите на пренос на топлина наметални пени. За примена на метална пена во ладење електронски компоненти, ефектите на порозноста на металната пена и дијаметарот на порите врз ефектот на дисипација на топлина беа испитани со ортогонални експерименти. Резултатите покажуваат дека при принудна конвекција, перформансите на дисипација на топлина на пена метал се поврзани со структурата на порите, во која големината на порите има најголемо влијание.
Некои резултати од истражувањето покажуваат дека иако пена металот има силна улога во подобрувањето на преносот на топлина, растот на отпорот не е занемарлив заедно со растот на перформансите на разменувачот на топлина. Ефикасноста на пренос на топлина на пена метал е значително подобрена при помали загуби на притисок, а загубата на притисок се зголемува со зголемување на густината на порите. Резултатите од студијата се поучни за дизајнот и изработката на лесни и компактни разменувачи на топлина со висока ефикасност. Беше спроведена експериментална студија за разменувачи на топлина од пена метал и разменувачи на топлина со ребра со иста големина, и беше откриено дека под исти услови за тестирање, разменувачот на топлина од пена метал е помалку ефикасен од разменувачот на топлина со ребра, а губењето на притисокот и коефициентот на триење беа повисоки од оние на ребрестиот разменувач на топлина. Порозниот пена метал има очигледно зајакнувачки ефект врз конвективниот пренос на топлина, а ефектот на зајакнување се намалува со зголемувањето на Рејнолдсовиот број; порозниот пена метал прави отпорноста на проток на течноста да се зголемува очигледно, но множењето на зголемувањето на отпорот се намалува со зголемувањето на Рејнолдсовиот број. Може да се види сеопфатно зајакнување на конвективниот пренос на топлина и зголемување на падот на притисокот во протокот од два аспекта,порозна пена метале посоодветна за течноста со прилики со помала брзина на проток. Пена метал има улога на подобрен пренос на топлина од страна на воздухот, но во исто време ги подобрува перформансите на пренос на топлина, отпорот исто така се зголеми, а вкупните перформанси се полоши од традиционалните перки. Истражувањата покажуваат дека пена метал е погоден за ретки прилики со низок проток. Затоа, пена метал од страна на воздухот подобрен пренос на топлина треба да се разгледа на прилики примена, и не може слепо да ги извршуваат традиционалните перки дисипација топлина алтернативно истражување.

Металната пена, исто така, може да игра улога во подобрувањето на преносот на топлина на разладното средство со промена на фазата. Резултатите покажуваат дека кога порозноста е сигурна, перформансите за пренос на топлина се удвојуваат бидејќи густината на порите се намалува од 20 на 40 PPI и големината на порите се намалува, поради пофината структура на ќелијата со поголема површина и поинтензивни пертурбации. При високи стапки на проток, коефициентот на пренос на топлина на вриење одржува стабилно и бавно зголемување со зголемената сувост. Со постепеното зголемување на работниот притисок, феноменот на пренос на топлина на вриење при мала сувост е сличен на вриењето на земјата, т.е. преносот на топлина се засилува со зголемувањето на притисокот, но притисокот до одреден степен се зголемува и игра влошувачка улога во вриењето. пренос на топлина. Коефициентот на пренос на топлина на цевките од бакарна пена е околу три пати поголем од оној на светлосните цевки. Во случај на чисто средство за ладење, присуството на пена метал го подобрува протокот на пренос на топлина што врие, а коефициентот на пренос на топлина се зголемува до 185%. Во случај на услови кои содржат масло, ефектот на металната пена за зајакнување на преносот на топлина е ослабен; под исти услови, во споредба со 5PPI пена метал, 10PPI пена метал може да го зголеми коефициентот на пренос на топлина до 0,6 пати, а помалата големина на порите може да го подобри коефициентот на проток на вриење на пренос на топлина.
Сеопфатно беа анализирани ефектите од брзината на масовниот проток и двофазната сувост на течноста врз падот на притисокот на кондензацијата на протокот и коефициентот на пренос на топлина. Резултатите покажуваат дека падот на притисокот на прстенестата метална пена цевка исполнета со внатрешен ѕид е многу поголем од оној на светлосната цевка, а падот на притисокот се зголемува брзо и нелинеарно со зголемувањето на стапката на проток на маса и сувоста. Коефициентот на пренос на топлина на кондензацијата на прстенестата метална пена цевка исполнета со внатрешен ѕид е поголем од оној на светлосната цевка, а коефициентот на пренос на топлина се зголемува со зголемувањето на брзината на масовниот проток и сувоста, а коефициентот на пренос на топлина на кондензацијата на протокот од овој тип на армирани цевки е околу двапати повеќе од онаа на светлосната цевка. Бидејќи нејзиниот капиларен ефект е очигледен, густината на порите на цевката засилена со 130PPI е најдобриот ефект, за светлосната цевка 3,06 пати, цевката 40PPI е главно слична на структурата на цевката со ниска ребрест како средство за зајакнување.
Во компактниот разменувач на топлина,метална пенаможе целосно да се искористи за зајакнување на улогата на пренос на топлина, но студијата покажа дека карактеристиките на отпорот на растот на пена метал се исто така многу значајни, потребата за сеопфатни перформанси за да се процени примената на пена метал во компактниот разменувач на топлина. Дополнително, во присуство на лубриканти што содржат масло, металите од пена може да доведат до влошување на преносот на топлина, а зголемениот пренос на топлина на металните пени за промена на фазата на пренос на топлина на средствата за ладење треба да се земе предвид во светлината на ефектите на лубрикантите.