금속폼의 열전달 특성 분석 및 HVAC 산업에서의 응용

세계의 에너지 수요는 매년 약 1.3%의 비율로 증가하고 있으며, 에너지 절약과 배출 감소는 국가의 중요한 개발 전략 중 하나이므로 에너지 응용 분야(열 변환, 열 저장, 열 활용)의 에너지 절약 장비가 많은 주목을 받고 있습니다.

금속 폼1948년 미국 과학자 소스닉(Sosnick)이 제안한 물질 가공 기술로, 일종의 기공을 형성한다.금속인대형 골격과 개방형 셀로 상호 연결된 기공 단위, 각 개방형 셀(기공)은 12~14개의 오각형 또는 육각형 표면을 포함하며, 재료는알류미늄, 강철, 니켈, 구리, 세라믹 및 금속 합금은 연속상 금속의 우수한 특성과 불연속상 기공의 특성을 모두 갖추고 있습니다.
금속거품s는 다음과 같은 주요 매개변수로 특징지어집니다.
1. 기공 직경은 개구부의 평균 직경이며 0.1mm에서 10mm까지입니다.
2. 골격 직경은 금속 골격의 평균 직경입니다.
3. 기공 밀도는 인치당 기공의 수이며 세포 크기, 기공 크기, 갈비뼈 크기와 관련이 있습니다.
4. 다공성 ε는 샘플의 질량 및 부피 측정으로부터 얻은 기공의 부피 분율로 80%에서 99%의 범위를 가지며, 기공이 투과성이 있는지 여부에 따라 열린 기공과 닫힌 기공으로 분류할 수 있습니다.
유체 흐름과 열 교환의 특성으로 인해 에너지 분야에서는 주로 개방 기공형으로 사용됩니다. 개방 기공형은 내부에 연속적이고 막힘 없는 3차원 기공 구조를 가지며, 고체 골격 사이에 기공이 있어 유체가 기공 내부로 흐를 수 있습니다. 기공률은 ε>80%이고, 비표면적이 넓으며(1000~5000 m²/m³), 열전도도가 크고 열 교환 성능이 우수합니다. 주로 열교환기, 전자 냉각, 연료 전지 등에 사용됩니다. 에너지 설비에서는 발포 금속이 내장된 열교환기, 태양열 집열기, 태양열 집열기, 축열기 등에 사용됩니다.
금속폼의 구조적 특성과 물리적 특징에 따라 HVAC 분야에서 금속폼의 기능화된 응용을 조사합니다. 각각 열전달, 열 수집, 열 저장의 3가지 주요 응용 분야와 특성에 대한 연구 결과, 주요 결과는 다음과 같습니다.
(1) 금속폼에 내장된 열교환기는 고효율 컴팩트 열교환기로 대류열전달계수를 3~9배까지 증가시킬 수 있다; 다양한 재료(구리, 알루미늄, 니켈) 열전달을 강화하는 능력을 크게 향상시킬 수 있으며, 다른 재료는 열전달 계수를 다르게 만들 수 있습니다. 열전달 이론에서 폼 금속의 기공률, 기공 밀도 및 투과성은 효과적인 열전달의 주요 매개변수를 결정합니다. 매개변수는 열전달 속도, 압력 강하, 유동의 결합으로 열전달 계수의 주요 매개변수를 결정해야 합니다. 매개변수는 열교환기의 설계를 결정하는 주요 지표 매개변수입니다.
(2) 금속 폼은 태양열 집열기 설비에 사용되는데, 이러한 고온 환경에서 금속 폼을 사용하기 때문에 열 복사 효과가 뚜렷하고 지배적입니다. 열 전달 과정에서 고온에서의 열 전도와 복사 열 전달의 결합 효과와 금속 폼 구조의 특수성은 금속 폼의 유효 열전도도와 열 전달 모드에 영향을 미치는 요인을 다양하고 복잡하게 만듭니다. 일반적으로 직접 흡수식 태양열 집열기와 체적식 태양열 집열기가 사용되며, 흡수식 집열기는 금속 폼이 태양 에너지 흡수에 미치는 영향이 지배적이며, 금속, 폼 및 유체 간의 열 전달은 태양 에너지 수신기의 성능에 간접적으로 영향을 미칩니다. 체적식 집열기는 공기 흐름과 태양 에너지 흐름을 장치로 사용하며, 금속 폼의 기하학적 구조와 재료 구성이 주요 요인을 차지합니다.
(3)금속 폼구조의 연속성과 열전도도의 높은 효율로 인해 열에너지 저장 장치에 사용되고 있으며, 높은 열전도도, 높은 다공성 및 높은 비표면적을 사용하고, 큰 열 저장 용량, 간단한 구조 및 추가 에너지 소비가 필요 없는 상변화 재료를 사용합니다. 복합 상변화 재료의 조성을 중첩하는 이점, 파라핀의 열전달을 향상시키고, 상변화 재료의 열전도도를 강화하고, 상변화 재료에서 발포 금속의 개량에 대한 연구 상변화 재료에서 발포 금속의 배열을 개선하고, 다공성 및 기공 규모를 변경하고, 재료의 선택 등을 복합 시스템에서 상변화 응답 시간, 온도 분포, 열 저장 시간 및 열 전달이 장비 설계의 후속 최적화에 중요한 영향을 미쳐 특정 이론적 근거를 제공합니다.