Açık hücreli metal köpüklerin ısı transfer özellikleri

Metal köpük, metal matrisinde belirli sayıda, belirli boyutta gözenek ve belirli bir gözeneklilik içeren çok işlevli bir kompozit metal malzeme türüdür. Köpük metal, büyük özgül yüzey alanı, büyük gözeneklilik ve küçük yoğunluk gibi benzersiz yapısal özelliklere sahiptir ve ısı dağılımı (açık hücre), ısı yalıtımı (kapalı hücre), ses emilimi ve titreşim sönümleme, hafiflik, yüksek özgül mukavemet, elektromanyetik koruma vb. gibi çok işlevli kompozit özelliklere sahiptir ve termofizik özelliklerini entegre eden bir tür yapısal ve işlevsel malzemedir.Öyles, mekanik, akustik ve elektrik.
İçinaçık hücreli metal köpük, yüksek gözeneklilik ve karmaşık üç boyutlu ağ yapısı, çok iyi ısı dağılımı ve yüksek ısı transfer verimliliğine sahip olmasını sağlar, bu da kompakt ısı değiştiriciler, mikroelektronik cihaz soğutması vb. alanında çok geniş bir uygulama beklentisine sahiptir. Açık hücreli köpük metalin ısı transfer özellikleri için, araştırma durumu incelenir ve kompakt ısı değiştiricilerin uygulama alanlarından analiz edilir.
Metal köpükkompakt ısı eşanjörleri için
Metal köpüğün geliştirilmiş ısı transfer özellikleri genel olarak kabul edilmiştir. Gaz veya sıvı deliklerden aktığında, ısı açık hücreli yapıya sahip metal köpük ile sıvı arasında zorlanmış konveksiyon şeklinde aktarılır ve değiştirilir. Bir yandan, metal köpüğün karmaşık üç boyutlu ağ yapısı, sıvının doğrusal olmayan etkisini yapar ve türbülans derecesi de güçlendirilir, böylece katı yüzeyin sıvıya yüksek yerel ısı transferinde teşvik edilmesi sağlanır; diğer yandan, köpük metalin büyük özgül yüzey alanı da metalin iyi ısı transfer performansına sahip olmasının önemli bir nedenidir. Şu anda, kompakt ısı eşanjörü transfer performansı için metal köpüğün incelenmesi esas olarak hava tarafı geliştirilmiş ısı transferi ve soğutucu tarafı geliştirilmiş ısı transferine odaklanmaktadır.
Metal köpüğün hava tarafındaki geliştirilmiş ısı transfer özellikleri için, geleneksel yüzgeçlerin kullanıldığı uygulamalarda, örneğin soğutma elektronik bileşenleri, plakalı ısı eşanjörleri ve yüzgeçli ısı eşanjörlerinde ısı dağıtımı için yüzgeçler yerine metal köpük kullanılır. Kompakt ısı eşanjörlerinde, akış ısı transfer özellikleri şu anda esas olarak gözenek yoğunlukları genellikle %40'tan az ve gözeneklilikleri %70 veya daha fazla olan bakır ve alüminyum köpük metaller için incelenmektedir.
Belirli bir gözenek boyutunda, ısı transfer oranı gözenekliliğin artmasıyla artar ve baskın hale gelir. Öte yandan, belirli bir gözeneklilik için, gözenek yoğunluğu ne kadar yüksekse, aşırı büyük gözenek boyutundan kaynaklanabilecek ısı transfer verimliliği o kadar düşük olur. Gözenek yapısı parametreleri olan gözeneklilik, gözenek yoğunluğu ve gözenek çapı, ısı transfer performansını etkileyen ana faktörlerdir.metal köpükler. Elektronik bileşenlerin soğutulmasında metal köpüğün uygulanması için, metal köpüğün gözenekliliğinin ve gözenek çapının ısı dağılımı etkisi üzerindeki etkileri ortogonal deneylerle araştırıldı. Sonuçlar, zorlanmış konveksiyon altında, köpük metalin ısı dağılımı performansının gözenek boyutunun en büyük etkiye sahip olduğu gözenek yapısıyla ilişkili olduğunu göstermektedir.
Bazı araştırma sonuçları, köpük metalin ısı transferini artırmada güçlü bir rolü olmasına rağmen, ısı değiştirici performansının artmasıyla birlikte direnç büyümesinin de ihmal edilebilir olmadığını göstermektedir. Köpük metalin ısı transfer verimliliği daha düşük basınç kaybında önemli ölçüde iyileşmiştir ve basınç kaybı gözenek yoğunluğunun artmasıyla birlikte artmaktadır. Çalışmanın sonuçları hafif ve kompakt yüksek verimli ısı değiştiricilerin tasarımı ve üretimi için öğreticidir. Aynı boyuttaki köpük metal ısı değiştiricileri ve kanatçıklı ısı değiştiricilerinin deneysel bir çalışması yapılmış ve aynı test koşulları altında köpük metal ısı değiştiricisinin kanatçıklı ısı değiştiricisinden daha az verimli olduğu, basınç kaybı ve sürtünme katsayısının kanatçıklı ısı değiştiricisinden daha yüksek olduğu bulunmuştur. Gözenekli köpük metal, taşınımlı ısı transferi üzerinde belirgin bir güçlendirme etkisine sahiptir ve güçlendirme etkisi Reynolds sayısının artmasıyla azalmaktadır; gözenekli köpük metal, akışkanın akış direncini belirgin şekilde artırmaktadır, ancak direnç artışının çarpımı Reynolds sayısının artmasıyla azalmaktadır. Konvektif ısı transferinin kapsamlı bir şekilde güçlendirilmesi ve akıştaki basınç düşüşünün iki açıdan artması görülebilir,gözenekli köpük metalDaha küçük akış hızı durumlarına sahip akışkanlar için daha uygundur. Köpük metal, hava tarafı geliştirilmiş ısı transferi rolüne sahiptir, ancak aynı zamanda ısı transferi performansını artırır, direnç de artar ve genel performans geleneksel kanatçıklardan daha kötüdür. Araştırmalar, köpük metalin düşük akışlı nadir durumlar için uygun olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, köpük metal hava tarafı geliştirilmiş ısı transferi uygulama durumlarını dikkate almalı ve geleneksel kanatçık ısı dağılımı alternatif araştırmasını körü körüne gerçekleştiremez.

Metal köpük ayrıca faz değişimiyle soğutucunun ısı transferini artırmada rol oynayabilir. Sonuçlar, gözeneklilik belirli olduğunda, gözenek yoğunluğu 20'den 40 PPI'ye düştükçe ve gözenek boyutu küçüldükçe daha büyük yüzey alanına sahip daha ince hücre yapısı ve daha yoğun bozulma nedeniyle ısı transfer performansının iki katına çıktığını göstermektedir. Yüksek akış hızlarında, kaynama ısı transfer katsayısı artan kurulukla sabit ve yavaş bir artışı korur. Çalışma basıncındaki kademeli artışla, düşük kurulukta kaynama ısı transferi olgusu yer altı kaynamasına benzer, yani ısı transferi basınçtaki artışla yoğunlaşır, ancak basıncın belirli bir dereceye kadar yükselmesi kaynama ısı transferinde kötüleştirici bir rol oynar. Bakır köpük boruların ısı transfer katsayısı, hafif borularınkinden yaklaşık üç kat daha yüksektir. Saf soğutucu durumunda, köpük metalin varlığı kaynama ısı transferinin akışını artırır ve ısı transfer katsayısı %185'e kadar artar. Yağ içeren koşullar durumunda, metal köpüğün ısı transferini güçlendirme etkisi zayıflar; aynı koşullar altında, 5PPI köpük metal ile karşılaştırıldığında, 10PPI köpük metal ısı transfer katsayısını 0,6 kata kadar artırabilir ve daha küçük gözenek boyutu akış kaynama ısı transfer katsayısını iyileştirebilir.
Kütle akış hızı ve iki fazlı akışkan kuruluğunun akış yoğuşma basınç düşüşü ve ısı transfer katsayısı üzerindeki etkileri kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Sonuçlar, iç duvar dolgulu halka metal köpük tüpün basınç düşüşünün ışık tüpününkinden çok daha büyük olduğunu ve basınç düşüşünün kütle akış hızı ve kuruluk arttıkça hızla ve doğrusal olmayan bir şekilde arttığını göstermektedir. İç duvar dolgulu halka metal köpük tüpün yoğuşma ısı transfer katsayısı ışık tüpününkinden daha büyüktür ve ısı transfer katsayısı kütle akış hızı ve kuruluk arttıkça artar ve bu tip takviyeli tüplerin akış yoğuşma ısı transfer katsayısı ışık tüpünün yaklaşık iki katıdır. Kılcal etkisi belirgin olduğundan, 130PPI takviyeli tüpün gözenek yoğunluğu en iyi etkidir, ışık tüpü için 3,06 kat, 40PPI tüp güçlendirme aracı olarak esas olarak düşük nervürlü tüpün yapısına benzer.
Kompakt ısı değiştiricide,metal köpükısı transferinin rolünü güçlendirmek için tam olarak kullanılabilir, ancak çalışma köpük metal büyümesinin direnç özelliklerinin de çok önemli olduğunu, köpük metalin kompakt ısı değiştiricide uygulanmasını değerlendirmek için kapsamlı performansa ihtiyaç olduğunu göstermiştir. Ek olarak, yağ içeren yağlayıcıların varlığında, köpük metaller ısı transferinin bozulmasına yol açabilir ve soğutucuların faz değişimi ısı transferi için metal köpüklerin geliştirilmiş ısı transferi, yağlayıcıların etkileri ışığında dikkate alınmalıdır.