Untersuchung der Wärmeübertragungseigenschaften von Metallschaum und seiner Anwendung in der HLK-Industrie

Der weltweite Energiebedarf wächst jährlich um etwa 1,3 %. Energieeinsparung und Emissionsreduzierung sind wichtige Entwicklungsstrategien des Landes, weshalb energiesparende Geräte im Bereich der Energieanwendungen (Wärmeumwandlung, Wärmespeicherung und Wärmenutzung) große Aufmerksamkeit auf sich ziehen.

Metallschaumist eine Materialverarbeitungstechnologie, die der amerikanische Wissenschaftler Sosnick 1948 vorgeschlagen hat. Dabei handelt es sich um eine Art Pore, die durch dieMetallLigament-Typ Skelett und Poreneinheiten mit offenen Zellen verbunden, jede offene Zelle (Pore) umfasst 12 ~ 14 fünfeckige oder sechseckige Oberflächen, das Material zuAluminium, Stahl, Nickel, Kupfer, Keramik und Metalllegierungen, die sowohl die hervorragenden Eigenschaften des Metalls mit kontinuierlicher Phase als auch die Eigenschaften von Poren mit diskreter Phase aufweisen.
MetallSchaums zeichnen sich durch folgende Schlüsselparameter aus:
1. Der Porendurchmesser ist der durchschnittliche Durchmesser der Öffnungen und liegt zwischen 0,1 und 10 mm;
2. Der Skelettdurchmesser ist der durchschnittliche Durchmesser des Metallskeletts;
3. Die Porendichte ist die Anzahl der Poren pro Zoll und hängt mit der Zellgröße, der Porengröße und der Rippengröße zusammen.
4. Die Porosität ε ist der Volumenanteil der Poren, der aus Massen- und Volumenmessungen der Probe ermittelt wird. Sie liegt zwischen 80 % und 99 % und kann in offene und geschlossene Poren unterteilt werden, je nachdem, ob die Poren durchlässig sind oder nicht.
Aufgrund der Eigenschaften von Flüssigkeitsströmung und Wärmeaustausch werden im Energiebereich meist offenporige Materialien eingesetzt. Diese weisen eine durchgehende, ungehinderte dreidimensionale Porenstruktur auf. Zwischen dem festen Skelett befinden sich Poren, durch die Flüssigkeit fließen kann. Die Porosität ε > 80 % hat eine große spezifische Oberfläche (1000–5000 m²/m³), eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute Wärmeübertragungsleistung. Sie werden hauptsächlich in Wärmetauschern, elektronischen Kühlsystemen und Brennstoffzellen eingesetzt. In Energieanlagen werden sie in Wärmetauschern mit eingebettetem Schaummetall, Solarkollektoren, Solarempfängern, Wärmespeichern usw. eingesetzt.
Untersuchen Sie anhand der strukturellen Merkmale und physikalischen Eigenschaften von Metallschaum die funktionalisierte Anwendung von Metallschaum im Bereich HVAC. Untersuchen Sie jeweils drei Aspekte seiner Hauptanwendungen und -merkmale (Wärmeübertragung, Wärmesammlung und Wärmespeicherung). Die wichtigsten Ergebnisse der Studie sind wie folgt:
(1) Der im Metallschaum eingebettete Wärmetauscher ist ein hocheffizienter Kompaktwärmetauscher, der den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten um das 3- bis 9-fache erhöhen kann; verschiedene Materialien (Kupfer, Aluminium, Nickel) kann die Fähigkeit zur Verstärkung der Wärmeübertragung deutlich verbessern, und unterschiedliche Materialien können den Wärmeübertragungskoeffizienten unterschiedlich machen; in der Theorie der Wärmeübertragung in Schaummetall sind Porosität, Porendichte und Durchlässigkeit der Porenskala die Hauptparameter, die die effektive Wärmeübertragung bestimmen; die Parameter Wärmeübertragungsrate, Druckabfall und Durchfluss der Kopplung sind die Hauptparameter des Wärmeübertragungskoeffizienten; die Parameter Wärmeübertragungsrate, Druckabfall und Durchfluss der festen Kopplung sind die Hauptparameter, die des Wärmeübertragungskoeffizienten bestimmt werden müssen, und sind die Hauptindikatorparameter für die Konstruktion des Wärmetauschers.
(2) In Solarkollektoranlagen wird Metallschaum verwendet. Aufgrund der hohen Temperaturen ist der Wärmestrahlungseffekt des verwendeten Metallschaums deutlich ausgeprägt und dominant. Der gekoppelte Effekt von Wärmeleitung und Wärmestrahlung bei hohen Temperaturen im Wärmeübertragungsprozess sowie die spezifische Struktur des Metallschaums führen dazu, dass die Faktoren, die die effektive Wärmeleitfähigkeit des Metallschaums und den Wärmeübertragungsmodus beeinflussen, vielfältig und komplex sind. Üblicherweise werden direkt absorbierende Solarkollektoren und volumetrische Solarkollektoren verwendet. Bei Absorptionskollektoren ist der Einfluss des Metallschaums auf die Absorption von Sonnenenergie dominant, da die Wärmeübertragung zwischen Metall, Schaum und Flüssigkeit indirekt die Leistung des Sonnenenergieempfängers beeinflusst. Bei volumetrischen Kollektoren werden der Luftstrom und der Sonnenenergiefluss in das Gerät genutzt, und die Geometrie und die Materialkonfiguration des Metallschaums spielen die Hauptfaktoren.
(3)Metallschaumwird in Wärmeenergiespeichervorrichtungen aufgrund der Kontinuität der Struktur und der hohen Effizienz der Wärmeleitfähigkeit verwendet, wobei seine hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Porosität und große spezifische Oberfläche sowie Phasenwechselmaterialien mit großer Wärmespeicherkapazität, einfacher Struktur und keiner Notwendigkeit, zusätzliche Energie zu verbrauchen, usw. genutzt werden. Die Vorteile der Überlagerung der Zusammensetzung von zusammengesetzten Phasenwechselmaterialien, die Verbesserung der Wärmeübertragung von Paraffin, die Stärkung der Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien, die Untersuchung der Verbesserung des Schaummetalls im Phasenwechselmaterial. Die Verbesserung der Anordnung des Schaummetalls im Phasenwechselmaterial, die Änderung der Porosität und Porengröße, die Auswahl der Materialien usw. auf die Phasenwechselreaktionszeit, Temperaturverteilung, Wärmespeicherzeit und Wärmeübertragung des zusammengesetzten Systems haben einen wichtigen Einfluss auf die anschließende Optimierung des Designs der Ausrüstung, um eine gewisse theoretische Grundlage zu schaffen.