개방형 셀 금속 폼의 열전달 특성

금속 폼은 금속 매트릭스 내에 일정 개수, 일정 크기의 기공, 그리고 일정 기공률을 갖는 다기능 복합 금속 재료입니다. 폼 금속은 넓은 비표면적, 높은 기공률, 낮은 밀도와 같은 고유한 구조적 특성을 가지고 있으며, 방열(개방형 셀), 단열(폐쇄형 셀), 흡음 및 진동 감쇠, 경량성, 높은 비강도, 전자파 차폐 등의 다기능 복합 특성을 가지며, 열역학적 특성을 통합한 구조적 및 기능적 재료입니다.시크기계, 음향, 전기.
을 위한개방형 셀 금속 폼높은 다공성과 복잡한 3차원 메시 구조는 매우 우수한 방열성과 높은 열전달 효율을 제공하여 소형 열교환기, 마이크로 전자 소자 냉각 등 다양한 분야에서 매우 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 개방형 셀 폼 금속의 열전달 특성에 대해서는 소형 열교환기의 응용 분야에서 연구 현황을 조사 및 분석합니다.
금속 폼소형 열교환기용
금속 폼의 향상된 열전달 특성은 일반적으로 알려져 있습니다. 기체 또는 액체가 구멍을 통해 흐를 때, 열은 개방 셀 구조를 가진 금속 폼과 유체 사이에서 강제 대류 형태로 전달되고 교환됩니다. 한편, 금속 폼의 복잡한 3차원 메시 구조는 유체의 비선형 효과를 높이고 난류의 정도를 강화하여 고체 표면에서 유체로의 높은 국부 열전달을 촉진합니다. 다른 한편, 금속 폼의 넓은 비표면적 또한 금속이 우수한 열전달 성능을 갖는 중요한 이유입니다. 현재 소형 열교환기 전달 성능을 위한 금속 폼 연구는 주로 공기 측 열전달 향상 및 냉매 측 열전달 향상에 중점을 두고 있습니다.
금속 폼의 공기 측 열전달 특성을 향상시키기 위해, 전자 부품 냉각, 판형 열교환기, 핀형 열교환기와 같이 기존 핀이 사용되는 응용 분야에서 방열을 위해 핀 대신 금속 폼을 사용합니다. 소형 열교환기에서 유동 열전달 특성은 현재 주로 기공 밀도가 일반적으로 40% 미만이고 기공률이 70% 이상인 구리 및 알루미늄 폼 금속에 대해 연구되고 있습니다.
특정 기공 크기에서는 기공률이 증가함에 따라 열전달 속도가 증가하며, 이는 기공의 크기가 지나치게 크기 때문일 수 있습니다. 기공 구조 매개변수인 기공률, 기공 밀도, 기공 직경은 열전달 성능에 영향을 미치는 주요 요인입니다.금속 폼전자 부품 냉각에 금속 폼을 적용하기 위해, 금속 폼의 기공률과 기공 직경이 방열 효과에 미치는 영향을 직교 실험을 통해 조사했습니다. 그 결과, 강제 대류 조건에서 폼 금속의 방열 성능은 기공 구조와 관련이 있으며, 기공 크기가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
일부 연구 결과에 따르면, 폼 금속은 열전달 향상에 중요한 역할을 하지만, 열교환기 성능 향상과 함께 저항 증가도 무시할 수 없는 수준입니다. 폼 금속의 열전달 효율은 압력 손실이 작을수록 크게 향상되며, 기공 밀도가 증가할수록 압력 손실이 증가합니다. 본 연구 결과는 경량 및 소형 고효율 열교환기의 설계 및 제작에 유용한 정보를 제공합니다. 동일 크기의 폼 금속 열교환기와 핀형 열교환기에 대한 실험 연구를 수행한 결과, 동일한 시험 조건에서 폼 금속 열교환기는 핀형 열교환기보다 효율이 낮았고, 압력 손실과 마찰 계수는 핀형 열교환기보다 높았습니다. 다공성 폼 금속은 대류 열전달에 대한 강화 효과가 뚜렷하며, 레이놀즈수가 증가함에 따라 강화 효과는 감소합니다. 다공성 폼 금속은 유체의 유동 저항을 명백히 증가시키지만, 레이놀즈수가 증가함에 따라 저항 증가의 곱셈은 감소합니다. 대류 열전달의 전면적 강화와 두 가지 측면의 흐름에서 압력 강하의 증가를 볼 수 있습니다.다공성 폼 금속유량이 작은 유체에 더 적합합니다. 폼 메탈은 공기 측 열전달을 향상시키는 역할을 하지만, 열전달 성능이 향상되는 동시에 저항도 증가하여 전반적인 성능이 기존 핀보다 떨어집니다. 연구에 따르면 폼 메탈은 저유량 유체에 적합합니다. 따라서 폼 메탈 공기 측 열전달 향상은 적용 상황을 고려해야 하며, 기존 핀 방열을 대체하는 연구를 맹목적으로 수행할 수는 없습니다.

금속 폼은 상변화를 통해 냉매의 열전달을 향상시키는 데에도 역할을 할 수 있습니다. 결과에 따르면, 기공률이 일정할 때 기공 밀도가 20에서 40 PPI로 감소하고 기공 크기가 감소함에 따라 열전달 성능이 두 배로 향상되는데, 이는 더 미세한 셀 구조와 더 큰 표면적, 더 강한 섭동으로 인한 것입니다. 높은 유량에서 비등 열전달 계수는 건조도가 증가함에 따라 일정하고 느린 증가를 유지합니다. 작동 압력이 점진적으로 증가함에 따라 저건도에서의 비등 열전달 현상은 지중 비등과 유사합니다. 즉, 압력이 증가함에 따라 열전달이 강화되지만, 압력이 어느 정도 상승하면 비등 열전달에 부정적인 영향을 미칩니다. 구리 폼 튜브의 열전달 계수는 경질 튜브보다 약 3배 높습니다. 순수 냉매의 경우, 폼 금속의 존재는 비등 열전달의 흐름을 향상시키고 열전달 계수는 최대 185%까지 증가합니다. 오일이 함유된 조건에서는 금속폼의 열전달 강화 효과가 약화되지만, 동일 조건에서 5PPI 폼금속에 비해 10PPI 폼금속은 열전달 계수를 최대 0.6배까지 높일 수 있으며, 기공 크기가 작을수록 유동비등 열전달 계수를 개선할 수 있다.
질량 유량과 2상 유체 건조도가 유동 응축 압력 강하 및 열전달 계수에 미치는 영향을 종합적으로 분석했습니다. 결과에 따르면 내벽이 채워진 환형 금속 폼 튜브의 압력 강하는 광관보다 훨씬 크며, 압력 강하는 질량 유량과 건조도가 증가함에 따라 빠르고 비선형적으로 증가합니다. 내벽이 채워진 환형 금속 폼 튜브의 응축 열전달 계수는 광관보다 크며, 열전달 계수는 질량 유량과 건조도가 증가함에 따라 증가하고, 이러한 유형의 강화 튜브의 유동 응축 열전달 계수는 광관의 약 2배입니다. 모세관 효과가 명확하기 때문에 130PPI 강화 튜브의 기공 밀도가 가장 좋은 효과를 보이며, 광관의 경우 3.06배, 40PPI 튜브는 주로 강화 수단으로 낮은 리브 튜브의 구조와 유사합니다.
컴팩트 열교환기에서는금속 폼열전달 역할을 강화하는 데 충분히 활용할 수 있지만, 본 연구에서는 폼 금속 성장의 저항 특성 또한 매우 중요함을 보여주었으며, 소형 열교환기에서 폼 금속의 적용을 평가하기 위해서는 종합적인 성능 평가가 필요합니다. 또한, 오일을 함유한 윤활제가 존재하는 경우 폼 금속은 열전달을 저하시킬 수 있으므로, 냉매의 상변화 열전달을 위한 폼 금속의 열전달 향상은 윤활제의 영향을 고려하여 고려되어야 합니다.