개방형 셀 금속 폼의 열전달 특성
금속폼은 금속 매트릭스에 일정 수, 일정 크기의 기공, 일정 기공률을 포함하는 다기능 복합 금속 재료의 일종입니다. 폼 금속은 큰 비표면적, 큰 기공률, 작은 밀도와 같은 고유한 구조적 특성을 가지고 있으며, 방열(개방형 셀), 단열(폐쇄형 셀), 흡음 및 진동 감쇠, 경량, 높은 비강도, 전자파 차폐 등과 같은 다기능 복합 특성을 가지고 있으며, 열물리학, 역학, 음향학 및 전기의 특성을 통합한 일종의 구조적 및 기능적 재료입니다.
을 위한개방형 셀 금속 폼, 높은 다공성과 복잡한 3차원 메시 구조는 매우 좋은 방열과 높은 열전달 효율을 가지게 하며, 이는 콤팩트 열교환기, 마이크로 전자 장치 냉각 등의 분야에서 매우 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. 개방 셀 폼 금속의 열전달 특성에 대해서는 콤팩트 열교환기의 응용 분야에서 연구 현황을 조사하고 분석합니다.
금속폼소형 열교환기용
금속 폼의 향상된 열전달 특성은 일반적으로 인정되어 왔습니다. 가스 또는 액체가 구멍을 통해 흐를 때 열은 개방 셀 구조의 금속 폼과 유체 사이의 강제 대류 형태로 전달되고 교환됩니다. 한편, 금속 폼의 복잡한 3차원 메시 구조는 유체의 비선형 효과를 만들고 난류 정도도 강화되어 고체 표면에서 유체로의 높은 국부 열전달을 촉진합니다. 다른 한편, 폼 금속의 큰 비표면적은 금속이 좋은 열전달 성능을 갖는 중요한 이유이기도 합니다. 현재, 소형 열교환기 전달 성능을 위한 금속 폼에 대한 연구는 주로 공기 측 향상된 열전달 및 냉매 측 향상된 열전달에 초점을 맞춥니다.
금속 폼의 공기 측 강화 열 전달 특성의 경우, 금속 폼은 전자 부품 냉각, 판형 열 교환기, 핀형 열 교환기와 같이 전통적인 핀이 사용되는 응용 분야에서 열 발산을 위해 핀 대신 사용됩니다. 소형 열 교환기에서 유동 열 전달 특성은 현재 일반적으로 40% 미만의 기공 밀도와 70% 이상의 기공률을 가진 구리 및 알루미늄 폼 금속에 대해 주로 연구되고 있습니다.
특정 기공 크기에서 열전달 속도는 기공률의 증가에 따라 증가하고 지배적입니다. 반면 특정 기공률의 경우 기공 밀도가 높을수록 열전달 효율이 낮아지는데 이는 기공 크기가 지나치게 크기 때문일 수 있습니다. 기공률, 기공 밀도 및 기공 직경의 기공 구조 매개변수는 열전달 성능에 영향을 미치는 주요 요소입니다.금속 폼. 전자 부품 냉각에 금속 폼을 적용하기 위해 금속 폼 다공성과 기공 직경이 방열 효과에 미치는 영향을 직교 실험을 통해 조사했습니다. 결과에 따르면 강제 대류에서 폼 금속의 방열 성능은 기공 구조와 관련이 있으며, 기공 크기가 가장 큰 영향을 미칩니다.
일부 연구 결과에 따르면 폼 금속은 열 전달을 향상시키는 데 강력한 역할을 하지만 열교환기 성능의 성장과 함께 저항의 성장도 무시할 수 없습니다. 폼 금속의 열 전달 효율은 압력 손실이 작을수록 크게 향상되고 압력 손실은 기공 밀도가 증가함에 따라 증가합니다. 이 연구 결과는 가볍고 컴팩트한 고효율 열교환기의 설계 및 제작에 유익합니다. 같은 크기의 폼 금속 열교환기와 핀형 열교환기에 대한 실험적 연구가 수행되었으며 동일한 시험 조건에서 폼 금속 열교환기는 핀형 열교환기보다 효율이 낮고 압력 손실과 마찰 계수가 핀형 열교환기보다 높은 것으로 나타났습니다. 다공성 폼 금속은 대류 열전달에 대한 명백한 강화 효과가 있으며 레이놀즈 수가 증가함에 따라 강화 효과가 감소합니다. 다공성 폼 금속은 유체의 흐름 저항을 분명히 증가시키지만 저항 증가의 곱은 레이놀즈 수가 증가함에 따라 감소합니다. 대류 열전달의 전면적 강화와 흐름의 압력 강하 증가가 두 측면에서 확인됩니다.다공성 폼 금속더 작은 유량의 경우 유체에 더 적합합니다. 폼 메탈은 공기 측 강화 열전달의 역할을 하지만 열전달 성능이 동시에 향상되고 저항도 증가하며 전반적인 성능은 기존 핀보다 나쁩니다. 연구에 따르면 폼 메탈은 저유량 드문 경우에 적합합니다. 따라서 폼 메탈 공기 측 강화 열전달은 적용 상황을 고려해야 하며 기존 핀 열 발산 대체 연구를 맹목적으로 수행할 수 없습니다.
금속 폼은 상변화에 의한 냉매의 열전달을 향상시키는 역할을 할 수도 있습니다. 결과에 따르면 다공성이 확실할 때 열전달 성능은 기공 밀도가 20에서 40 PPI로 감소하고 기공 크기가 감소함에 따라 더 미세한 셀 구조와 더 큰 표면적 및 더 강렬한 섭동으로 인해 두 배가 됩니다. 높은 유량에서 비등 열전달 계수는 건조도가 증가함에 따라 꾸준하고 느린 증가를 유지합니다. 작동 압력이 점진적으로 증가함에 따라 낮은 건조도에서의 비등 열전달 현상은 지상 비등과 유사합니다. 즉, 열전달은 압력이 증가함에 따라 강화되지만 압력이 어느 정도 상승하면 비등 열전달에서 악화되는 역할을 합니다. 구리 폼 튜브의 열전달 계수는 경질 튜브보다 약 3배 높습니다. 순수 냉매의 경우 폼 금속의 존재는 비등 열전달의 흐름을 향상시키고 열전달 계수는 최대 185% 증가합니다. 오일이 함유된 조건에서는 금속폼의 열전달 강화 효과가 약화되지만, 동일 조건에서 5PPI 폼금속과 비교했을 때 10PPI 폼금속은 열전달 계수를 최대 0.6배까지 높일 수 있으며, 기공 크기가 작을수록 유동비등열전달 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 경관보다 훨씬 크고, 압력 강하는 질량 유량과 건조도가 증가함에 따라 빠르고 비선형적으로 증가합니다. 내벽이 채워진 환형 금속 폼 튜브의 응축 열전달 계수는 경관보다 크고, 열전달 계수는 질량 유량과 건조도가 증가함에 따라 증가하고, 이 유형의 강화 튜브의 유동 응축 열전달 계수는 경관보다 약 2배 높습니다. 모세관 효과가 명확하기 때문에 130PPI 강화 튜브의 기공 밀도가 가장 좋은 효과이며, 경관의 경우 3.06배, 40PPI 튜브는 주로 강화 수단으로 낮은 리브 튜브의 구조와 유사합니다.
컴팩트형 열교환기에서는금속 폼열전달의 역할을 강화하는 데 충분히 활용할 수 있지만, 이 연구는 폼 금속 성장의 저항 특성도 매우 중요하다는 것을 보여주었고, 컴팩트 열교환기에서 폼 금속의 적용을 평가하기 위한 종합적인 성능이 필요하다. 또한 오일이 함유된 윤활제가 있는 경우 폼 금속은 열전달의 악화로 이어질 수 있으며, 냉매의 상변화 열전달을 위한 금속 폼의 향상된 열전달은 윤활제의 효과에 비추어 고려되어야 한다.