Onderzoek naar warmteoverdrachtseigenschappen van metaalschuim en de toepassing ervan in de HVAC-industrie

De wereldwijde vraag naar energie groeit met ongeveer 1,3% per jaar en energiebesparing en emissiereductie vormen een van de belangrijkste ontwikkelingsstrategieën van het land. Daarom trekt energiebesparende apparatuur op het gebied van energietoepassingen (warmteomzetting, warmteopslag en warmtegebruik) veel aandacht.

Metaalschuimis een materiaalverwerkingstechnologie die in 1948 door de Amerikaanse wetenschapper Sosnick werd voorgesteld, een soort porie gevormd door deMetaalligament-type skelet en poriëneenheden verbonden met open cellen, elke open cel (porie) omvat 12 tot 14 vijfhoekige of hexagonale oppervlakken, het materiaal omaluminium, staal, nikkel, koper, keramiek en metaallegeringen, dat de uitstekende eigenschappen van zowel het continue-fase metaal als de eigenschappen van discrete-fase poriën bezit.
MetaalSchuims worden gekenmerkt door de volgende sleutelparameters:
1. De poriediameter is de gemiddelde diameter van de openingen en varieert van 0,1 tot 10 mm;
2. De diameter van het skelet is de gemiddelde diameter van het metalen skelet;
3. Poriedichtheid is het aantal poriën per inch en is gerelateerd aan de celgrootte, poriegrootte en ribgrootte;
4. porositeit ε is het volumepercentage van de poriën dat wordt verkregen uit massa- en volumemetingen van het monster, variërend van 80% tot 99%, en kan worden gecategoriseerd in open en gesloten poriën, afhankelijk van of de poriën permeabel zijn of niet.
Vanwege de eigenschappen van vloeistofstroming en warmtewisseling wordt het in de energiesector voornamelijk toegepast in open poriën, met een continue en onbelemmerde driedimensionale poriënstructuur. Er bevinden zich poriën tussen het vaste skelet, waardoor de vloeistof door de poriën kan stromen. De poriegrootte is ε>80%, het specifieke oppervlak is groot (1000~5000 m²/m³), de thermische geleidbaarheid is groot en de warmtewisseling verloopt goed. Het wordt vooral gebruikt in warmtewisselaars, elektronische koeling en brandstofcellen. In energiecentrales wordt het gebruikt in warmtewisselaars met ingebed schuimmetaal, zonnecollectoren, zonne-ontvangers, warmteaccumulatoren, enzovoort.
Op basis van de structurele kenmerken en fysieke eigenschappen van metaalschuim, wordt de functionele toepassing van metaalschuim op het gebied van HVAC onderzocht, respectievelijk vanuit warmteoverdracht, warmteverzameling, warmteopslag 3 aspecten van de belangrijkste toepassingen en kenmerken van de studie, de belangrijkste bevindingen zijn als volgt:
(1) de warmtewisselaar die in het metaalschuim is ingebed, is een zeer efficiënte compacte warmtewisselaar, die de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt met 3 tot 9 keer kan verhogen; verschillende materialen (koper, aluminium, nikkel) kan de mogelijkheid om de warmteoverdracht te versterken aanzienlijk verbeteren, en verschillende materialen kunnen de warmteoverdrachtscoëfficiënt verschillend maken; schuimmetaal in de theorie van warmteoverdracht in de porositeit, poriedichtheid en permeabiliteit van de poriënschaal is om de warmteoverdracht van de belangrijkste parameters van de effectieve te bepalen; de parameters in de snelheid van warmteoverdracht, de drukval, de stroming van de koppeling van de warmteoverdrachtscoëfficiënt is de belangrijkste parameter; parameters in de snelheid van warmteoverdracht, drukval, stroming van de vaste Koppeling van de warmteoverdrachtscoëfficiënt van de belangrijkste parameters moeten worden bepaald, is het ontwerp van de warmtewisselaar de belangrijkste indicatorparameters.
(2) Metaalschuim wordt gebruikt in zonnecollectoren. Door het gebruik van metaalschuim in deze hoge temperatuursituatie is het effect van warmtestraling duidelijk en dominant. Het koppelende effect van warmtegeleiding en stralingswarmteoverdracht bij hoge temperaturen in het warmteoverdrachtsproces, evenals de specificiteit van de structuur van het metaalschuim, maakt de factoren die de effectieve thermische geleidbaarheid van het metaalschuim en de warmteoverdrachtsmodus beïnvloeden, meervoudig en complex. Veelgebruikte zonnecollectoren met directe absorptie en volumetrische zonnecollectoren, waarbij de absorptiecollector de invloed van metaalschuim op de absorptie van zonne-energie domineert. De warmteoverdracht tussen metaal, schuim en vloeistof beïnvloedt indirect de prestaties van de zonne-energieontvanger. Volumetrische collectoren maken gebruik van luchtstroom en zonne-energiestroom in het apparaat. De geometrie en de materiaalconfiguratie van het metaalschuim spelen hierbij de belangrijkste rol.
(3)Metaalschuimwordt gebruikt in thermische energieopslagapparaten vanwege de continuïteit van de structuur en de hoge efficiëntie van thermische geleidbaarheid, met behulp van zijn hoge thermische geleidbaarheid, hoge porositeit en hoog specifiek oppervlak, en faseovergangsmaterialen met een grote warmteopslagcapaciteit, eenvoudige structuur en geen noodzaak om extra energie te verbruiken, enz., de voordelen van de superpositie van de samenstelling van samengestelde faseovergangsmaterialen, verbetering van de warmteoverdracht van paraffine, versterking van de thermische geleidbaarheid van faseovergangsmaterialen, de studie van de verbetering van het schuimmetaal in het faseovergangsmateriaal Verbetering van het schuimmetaal in de opstelling van het faseovergangsmateriaal, verandering van de porositeit en poriënschaal, selectie van materialen, enz. op het samengestelde systeem van de faseovergangsresponstijd, temperatuurverdeling, warmteopslagtijd en warmteoverdracht heeft een belangrijke impact op de daaropvolgende optimalisatie van het ontwerp van de apparatuur om een ​​bepaalde theoretische basis te bieden.