Khám phá đặc tính truyền nhiệt của bọt kim loại và ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp HVAC

Nhu cầu năng lượng của thế giới đang tăng với tốc độ khoảng 1,3% mỗi năm và tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải là một trong những chiến lược phát triển quan trọng của quốc gia, vì vậy các thiết bị tiết kiệm năng lượng trong lĩnh vực ứng dụng năng lượng (chuyển đổi nhiệt, lưu trữ nhiệt và sử dụng nhiệt) đang thu hút rất nhiều sự quan tâm.

Bọt kim loạilà một công nghệ xử lý vật liệu được nhà khoa học người Mỹ Sosnick đề xuất vào năm 1948, một loại lỗ rỗng được hình thành bởiKim loạibộ xương dạng dây chằng và các đơn vị lỗ rỗng được kết nối với nhau bằng các tế bào mở, mỗi tế bào mở (lỗ rỗng) bao gồm 12~14 bề mặt hình ngũ giác hoặc hình lục giác, vật liệu đểnhôm, thép, niken, đồng, gốm sứ và hợp kim kim loại, có đặc tính tuyệt vời của cả kim loại pha liên tục và đặc tính của lỗ rỗng pha rời rạc.
Kim loạiBọtđược đặc trưng bởi các thông số chính sau:
1. Đường kính lỗ rỗng là đường kính trung bình của các lỗ mở và nằm trong khoảng từ 0,1 đến 10 mm;
2. Đường kính khung xương là đường kính trung bình của khung xương kim loại;
3. mật độ lỗ chân lông là số lượng lỗ chân lông trên một inch và liên quan đến kích thước tế bào, kích thước lỗ chân lông và kích thước gân;
4. Độ xốp ε là phần thể tích của các lỗ rỗng thu được từ phép đo khối lượng và thể tích của mẫu, dao động từ 80% đến 99% và có thể được phân loại thành lỗ rỗng hở và kín tùy thuộc vào việc lỗ rỗng có thấm hay không.
Do đặc điểm của dòng chảy chất lỏng và trao đổi nhiệt, ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng chủ yếu là loại lỗ rỗng mở, có cấu trúc lỗ rỗng ba chiều liên tục và không bị cản trở bên trong, và có các lỗ rỗng giữa bộ khung rắn và chất lỏng có thể chảy bên trong các lỗ rỗng, với độ xốp ε> 80%, diện tích bề mặt riêng lớn (1000 ~ 5000 m2 / m3), độ dẫn nhiệt lớn và hiệu suất trao đổi nhiệt tốt, chủ yếu được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt, làm mát điện tử và pin nhiên liệu. Trong các cơ sở năng lượng, nó được sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt có kim loại bọt nhúng, bộ thu năng lượng mặt trời, bộ thu năng lượng mặt trời, bộ tích nhiệt, v.v.
Theo đặc điểm cấu trúc và tính chất vật lý của bọt kim loại, nghiên cứu ứng dụng chức năng của bọt kim loại trong lĩnh vực HVAC, lần lượt từ truyền nhiệt, thu nhiệt, lưu trữ nhiệt 3 khía cạnh ứng dụng chính của nó và đặc điểm của nghiên cứu, những phát hiện chính như sau:
(1) bộ trao đổi nhiệt nhúng trong bọt kim loại là bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn hiệu suất cao, có thể tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu lên 3~9 lần; vật liệu khác nhau (đồng, nhôm, niken) có thể cải thiện đáng kể khả năng tăng cường truyền nhiệt, và các vật liệu khác nhau có thể làm cho hệ số truyền nhiệt khác nhau; kim loại bọt trong lý thuyết truyền nhiệt ở độ xốp, mật độ lỗ rỗng và độ thấm của quy mô lỗ rỗng là để xác định truyền nhiệt của các thông số chính của hiệu quả; các thông số trong tốc độ truyền nhiệt, giảm áp suất, lưu lượng của khớp nối của hệ số truyền nhiệt là thông số chính; các thông số trong tốc độ truyền nhiệt, giảm áp suất, lưu lượng của khớp nối rắn của hệ số truyền nhiệt của các thông số chính cần phải được xác định, là thiết kế của bộ trao đổi nhiệt là các thông số chỉ báo chính.
(2) Bọt kim loại được sử dụng trong các cơ sở thu nhiệt mặt trời, do bọt kim loại được sử dụng trong tình huống nhiệt độ cao này, hiệu ứng bức xạ nhiệt là rõ ràng và chiếm ưu thế. Hiệu ứng ghép nối của dẫn nhiệt và truyền nhiệt bức xạ ở nhiệt độ cao trong quá trình truyền nhiệt, cũng như tính đặc thù của cấu trúc bọt kim loại, làm cho các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt hiệu quả của bọt kim loại và chế độ truyền nhiệt nhiều và phức tạp. Thường được sử dụng là bộ thu năng lượng mặt trời hấp thụ trực tiếp và bộ thu năng lượng mặt trời thể tích, trong đó bộ thu hấp thụ là ảnh hưởng của bọt kim loại đến sự hấp thụ năng lượng mặt trời là chủ yếu, giữa kim loại, bọt và truyền nhiệt chất lỏng ảnh hưởng gián tiếp đến hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời; bộ thu thể tích là việc sử dụng luồng không khí và luồng năng lượng mặt trời vào thiết bị, hình học và cấu hình vật liệu của bọt kim loại chiếm các yếu tố chính.
(3)Bọt kim loạiđược sử dụng trong các thiết bị lưu trữ năng lượng nhiệt do tính liên tục của cấu trúc và hiệu suất dẫn nhiệt cao, sử dụng độ dẫn nhiệt cao, độ xốp cao và diện tích bề mặt riêng cao và vật liệu thay đổi pha có khả năng lưu trữ nhiệt lớn, cấu trúc đơn giản và không cần tiêu thụ thêm năng lượng, v.v., ưu điểm của việc chồng chất thành phần vật liệu thay đổi pha tổng hợp, tăng cường truyền nhiệt của parafin, tăng cường độ dẫn nhiệt của vật liệu thay đổi pha, nghiên cứu cải tiến kim loại bọt trong vật liệu thay đổi pha Cải tiến kim loại bọt trong sắp xếp vật liệu thay đổi pha, thay đổi độ xốp và tỷ lệ lỗ rỗng, lựa chọn vật liệu, v.v. trên hệ thống tổng hợp của thời gian phản ứng thay đổi pha, phân bố nhiệt độ, thời gian lưu trữ nhiệt và truyền nhiệt có tác động quan trọng đến việc tối ưu hóa tiếp theo của thiết kế thiết bị để cung cấp một cơ sở lý thuyết nhất định.