Metal Köpüğün Isı Transfer Özelliklerinin Araştırılması ve HVAC Endüstrisindeki Uygulamaları

Dünya enerji talebi yılda yaklaşık %1,3 oranında artarken, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı ülkenin önemli kalkınma stratejilerinden biri olduğundan, enerji uygulamaları alanında (ısı dönüşümü, ısı depolama ve ısı kullanımı) enerji tasarrufu sağlayan ekipmanlara büyük ilgi duyulmaktadır.

Metal köpükAmerikalı bilim adamı Sosnick tarafından 1948 yılında önerilen bir malzeme işleme teknolojisidir, bir tür gözenek tarafından oluşturulurMetalbağ tipi iskelet ve açık hücrelerle birbirine bağlı gözenek birimleri, her açık hücre (gözenek) 12~14 beşgen veya altıgen yüzey içerir, malzemealüminyum, çelik, nikel, bakır, seramik ve metal alaşımları olmak üzere, hem sürekli faz metalinin hem de ayrık faz gözeneklerinin mükemmel özelliklerine sahip olan bir malzemedir.
MetalKöpüks aşağıdaki temel parametrelerle karakterize edilir:
1. Gözenek çapı, açıklıkların ortalama çapı olup 0,1 ila 10 mm arasında değişir;
2. İskelet çapı, metal iskeletin ortalama çapıdır;
3. Gözenek yoğunluğu, inç başına düşen gözenek sayısıdır ve hücre boyutu, gözenek boyutu ve kaburga boyutu ile ilişkilidir;
4. Gözeneklilik ε, numunenin kütle ve hacim ölçümlerinden elde edilen gözeneklerin hacim kesri olup %80 ile %99 arasında değişmekte olup, gözeneklerin geçirgen olup olmamasına göre açık ve kapalı gözenekler olarak kategorize edilebilmektedir.
Akışkan akışı ve ısı değişiminin özellikleri nedeniyle, enerji alanındaki uygulama çoğunlukla, içinde sürekli ve engelsiz üç boyutlu bir gözenek yapısına sahip olan ve katı iskelet arasında gözenekler bulunan ve akışkanın gözeneklerin içinde akabildiği, gözeneklilik ε>%80, büyük özgül yüzey alanı (1000 ~ 5000 m2 / m3), büyük ısıl iletkenlik ve iyi ısı değişimi performansına sahip açık gözenek tipi olup, çoğunlukla ısı değiştirici, elektronik soğutma ve yakıt hücresinde kullanılır. Enerji tesislerinde gömülü köpük metalli ısı değiştiricilerde, güneş kollektörlerinde, güneş alıcılarında, ısı akümülatörlerinde vb. kullanılır.
Metal köpüğün yapısal özelliklerine ve fiziksel özelliklerine göre, metal köpüğün HVAC alanında işlevselleştirilmiş uygulamasını, sırasıyla ısı transferi, ısı toplama, ısı depolama olmak üzere 3 açıdan ana uygulamalarının ve çalışmanın özelliklerinin incelenmesi, ana bulgular aşağıdaki gibidir:
(1) Metal köpüğe gömülü ısı değiştirici, konvektif ısı transfer katsayısını 3~9 kat artırabilen son derece verimli bir kompakt ısı değiştiricidir; farklı malzemeler (bakır, alüminyum, nikel) ısı transferini güçlendirme yeteneğini önemli ölçüde artırabilir ve farklı malzemeler ısı transfer katsayısını farklı hale getirebilir; köpük metalinde ısı transferi teorisinde gözeneklilik, gözenek yoğunluğu ve gözenek ölçeğinin geçirgenliği, etkili ısı transferinin ana parametrelerini belirlemektir; ısı transferi oranındaki parametreler, basınç düşüşü, katı kaplininin akışı ısı transfer katsayısının ana parametresidir; ısı transferi oranındaki parametreler, basınç düşüşü, katı kaplininin akışı ısı transfer katsayısının ana parametrelerinin belirlenmesi gerekir, ısı değiştiricisinin tasarımı ana gösterge parametreleridir.
(2) Güneş kollektörü tesislerinde metal köpük kullanılır, bu yüksek sıcaklık durumunda kullanılan metal köpük nedeniyle, ısı radyasyon etkisi belirgin ve baskındır. Isı transferi sürecinde yüksek sıcaklıklarda ısı iletimi ve radyasyon ısı transferinin birleştirme etkisi ve metal köpüğün yapısının özgüllüğü, metal köpüğün etkin ısı iletkenliğini ve ısı transfer modunu etkileyen faktörleri çoklu ve karmaşık hale getirir. Yaygın olarak kullanılanlar, doğrudan emilimli güneş kollektörleri ve hacimsel güneş kollektörleridir, burada emilim kollektörü metal köpüğün güneş enerjisi emilimi üzerindeki etkisi baskındır, metal, köpük ve akışkan ısı transferi arasında dolaylı olarak güneş enerjisi alıcısının performansını etkiler; hacimsel kollektör, hava akışının ve güneş enerjisi akışının cihaza kullanılmasıdır, metal köpüğün geometrisi ve malzeme konfigürasyonu ana faktörleri işgal eder.
(3)Metal köpükYapının sürekliliği ve yüksek ısı iletkenliği verimliliği nedeniyle termal enerji depolama aygıtlarında kullanılır, yüksek ısı iletkenliği, yüksek gözeneklilik ve yüksek özgül yüzey alanı ve büyük ısı depolama kapasitesine sahip faz değişim malzemeleri, basit yapı ve ek enerji tüketmeye gerek olmaması vb., kompozit faz değişim malzemelerinin bileşiminin üst üste binmesinin avantajları, parafinin ısı transferini arttırır, faz değişim malzemelerinin ısıl iletkenliğini güçlendirir, faz değişim malzemesinde köpük metalin iyileştirilmesinin incelenmesi Faz değişim malzemesinde köpük metalin düzenlenmesinin iyileştirilmesi, gözenekliliğin ve gözenek ölçeğinin değiştirilmesi, malzeme seçimi vb. kompozit sistemde faz değişim tepki süresi, sıcaklık dağılımı, ısı depolama süresi ve ısı transferi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve belirli bir teorik temel sağlar.