Својства преноса топлоте металних пена са отвореним ћелијама

Метална пена је врста мултифункционалног композитног металног материјала који садржи одређени број, одређену величину пора и одређену порозност у металној матрици. Пенасти метал има јединствене структурне карактеристике као што су велика специфична површина, велика порозност и мала густина, и има мултифункционалне композитне карактеристике као што су дисипација топлоте (отворена ћелија), топлотна изолација (затворена ћелија), апсорпција звука и пригушивање вибрација, лагана , високе специфичне чврстоће, електромагнетне заштите, итд., И то је врста структуралног и функционалног материјала који интегрише својства термофизику, механику, акустику и електрицитет.
Заметална пена са отвореним ћелијама, висока порозност и сложена тродимензионална мрежаста структура чине да има веома добро расипање топлоте и високу ефикасност преноса топлоте, што има веома широку перспективу примене у области компактних измењивача топлоте, хлађења микроелектронских уређаја и тако даље. За својства преноса топлоте пенастог метала са отвореним ћелијама, његов статус истраживања је истражен и анализиран из области примене компактних измењивача топлоте.
Метална пеназа компактне измењиваче топлоте
Побољшана својства преноса топлоте металне пене су опште позната. Када гас или течност протиче кроз рупе, топлота се преноси и размењује у облику присилне конвекције између металне пене са структуром отворених ћелија и течности. С једне стране, сложена тродимензионална мрежаста структура металне пене чини нелинеарни ефекат течности, а степен турбуленције је такође ојачан, чиме се чврста површина промовише у флуид у високом локалном преносу топлоте; с друге стране, велика специфична површина пенастог метала је такође важан разлог што метал има добре перформансе преноса топлоте. Тренутно се проучавање металне пене за перформансе преноса компактног измењивача топлоте углавном фокусира на побољшани пренос топлоте на страни ваздуха и побољшани пренос топлоте на страни расхладног средства.
За побољшане карактеристике преноса топлоте металне пене на ваздушној страни, метална пена се користи уместо ребара за одвођење топлоте у апликацијама где се користе традиционална ребра, као што су електронске компоненте за хлађење, плочасти размењивачи топлоте и ребрасти измењивачи топлоте. У компактним измењивачима топлоте, својства преноса топлоте протока се тренутно проучавају углавном за бакарне и алуминијумске пенасте метале са густином пора генерално мањом од 40% и порозношћу од 70% или више.
При одређеној величини пора, брзина преноса топлоте расте са повећањем порозности и доминира. С друге стране, за одређену порозност, што је већа густина пора, то је нижа ефикасност преноса топлоте, што може бити последица претерано велике величине пора. Параметри структуре пора: порозност, густина пора и пречник пора су главни фактори који утичу на перформансе преноса топлотеметалне пене. За примену металне пене у расхладним електронским компонентама, ортогоналним експериментима су испитивани утицаји порозности металне пене и пречника пора на ефекат дисипације топлоте. Резултати показују да је под присилном конвекцијом учинак одвођења топлоте пјенастог метала повезан са структуром пора, у којој величина пора има највећи утицај.
Неки резултати истраживања показују да иако пенасти метал има снажну улогу у побољшању преноса топлоте, раст отпора није занемарљив заједно са растом перформанси измењивача топлоте. Ефикасност преноса топлоте пјенастог метала је значајно побољшана при мањим губицима притиска, а губитак притиска се повећава са повећањем густине пора. Резултати студије су поучни за пројектовање и израду лаких и компактних високоефикасних измењивача топлоте. Извршено је експериментално истраживање измењивача топлоте од пенастог метала и ребрастих измењивача топлоте исте величине и утврђено је да је под истим условима испитивања измењивач топлоте од пенастог метала мање ефикасан од ребрастог измењивача топлоте, а губитак притиска и коефицијент трења је био већи него код ребрастог измењивача топлоте. Порозни пенасти метал има очигледан ефекат јачања на конвективни пренос топлоте, а ефекат јачања опада са повећањем Рејнолдсовог броја; порозни пјенасти метал чини отпор протоку флуида очигледно повећањем, али множење повећања отпора опада са повећањем Рејнолдсовог броја. Свеобухватно јачање конвективног преноса топлоте и повећање пада притиска у струјању може се видети у два аспекта,порозни пенасти металје погоднији за течност са мањим протоком прилика. Пенасти метал има улогу побољшаног преноса топлоте на ваздушној страни, али истовремено побољшава перформансе преноса топлоте, повећава се и отпор, а укупне перформансе су лошије од традиционалних пераја. Истраживања показују да је пенасти метал погодан за ретке прилике са малим протоком. Због тога, побољшани пренос топлоте од пенастог метала на ваздушној страни треба да узме у обзир прилике примене и не може слепо да спроведе традиционално алтернативно истраживање дисипације топлоте.

Метална пена такође може да игра улогу у побољшању преноса топлоте расхладног средства променом фазе. Резултати показују да када је порозност сигурна, учинак преноса топлоте се удвостручује како се густина пора смањује са 20 на 40 ППИ, а величина пора се смањује, због финије ћелијске структуре са већом површином и интензивнијом пертурбацијом. При високим брзинама протока, коефицијент преноса топлоте кључања одржава стабилан и спор пораст са повећањем сувоће. Са постепеним повећањем радног притиска, феномен преноса топлоте кључања при малој суви је сличан кључању у земљи, односно пренос топлоте се интензивира са повећањем притиска, али пораст притиска у одређеној мери игра погоршану улогу у кључању. пренос топлоте. Коефицијент преноса топлоте цеви од бакарне пене је око три пута већи од светлосних цеви. У случају чистог расхладног средства, присуство пенастог метала појачава ток преноса топлоте кључања, а коефицијент преноса топлоте се повећава до 185%. У случају услова који садрже уље, ефекат металне пене за јачање преноса топлоте је ослабљен; под истим условима, у поређењу са пенастим металом од 5ППИ, пенасти метал од 10ППИ може повећати коефицијент преноса топлоте до 0,6 пута, а мања величина пора може побољшати коефицијент преноса топлоте током кључања.
Свеобухватно су анализирани ефекти масеног протока и сувоће двофазног флуида на пад притиска кондензације протока и коефицијент пролаза топлоте. Резултати показују да је пад притиска прстенасте цеви од металне пене испуњене унутрашњим зидом много већи него код светлосне цеви, а пад притиска расте брзо и нелинеарно са повећањем масеног протока и сувоће. Коефицијент преноса топлоте кондензације прстенасте цеви од металне пене испуњене унутрашњим зидом је већи од коефицијента преноса топлоте светлосне цеви, а коефицијент преноса топлоте расте са повећањем масеног протока и сувоће, а коефицијент протока кондензације топлоте овог типа ојачаних цеви је око два пута више од светлосне цеви. Пошто је њен капиларни ефекат очигледан, густина пора ојачане цеви од 130ППИ је најбољи ефекат, за светлосну цев 3,06 пута, цев од 40ППИ је углавном слична структури нискоребрасте цеви као средство за јачање.
У компактном измењивачу топлоте,метална пенаможе се у потпуности искористити за јачање улоге преноса топлоте, али је студија показала да су карактеристике отпора раста метала пене такође веома значајне, потреба за свеобухватним перформансама за процену примене пенастог метала у компактном измењивачу топлоте. Поред тога, у присуству мазива које садрже уље, пенасти метали могу довести до погоршања преноса топлоте, а побољшани пренос топлоте металне пене за фазни пренос топлоте расхладних средстава треба размотрити у светлу ефеката мазива.