खुले सेल धातु फोम के ताप हस्तांतरण गुण

धातु फोम एक प्रकार का बहुक्रियाशील मिश्रित धातु पदार्थ है जिसमें धातु मैट्रिक्स में एक निश्चित संख्या, एक निश्चित आकार के छिद्र और एक निश्चित छिद्र होते हैं। फोम धातु में अद्वितीय संरचनात्मक विशेषताएं होती हैं जैसे कि बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र, बड़ी छिद्रता और छोटा घनत्व, और इसमें बहुक्रियाशील मिश्रित विशेषताएं होती हैं जैसे कि ऊष्मा अपव्यय (खुला-कोशिका), ऊष्मा इन्सुलेशन (बंद-कोशिका), ध्वनि अवशोषण और कंपन भिगोना, हल्का वजन, उच्च विशिष्ट शक्ति, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण, आदि, और यह थर्मोफी के गुणों को एकीकृत करने वाली एक प्रकार की संरचनात्मक और कार्यात्मक सामग्री है।इस प्रकार सेयांत्रिकी, ध्वनिकी, और बिजली।
के लिएखुले सेल धातु फोमउच्च छिद्रता और जटिल त्रि-आयामी जाल संरचना इसे बहुत अच्छी गर्मी अपव्यय और उच्च गर्मी हस्तांतरण दक्षता बनाती है, जिसमें कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस कूलिंग आदि के क्षेत्र में बहुत व्यापक अनुप्रयोग संभावना है। ओपन-सेल फोम धातु के गर्मी हस्तांतरण गुणों के लिए, कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स के अनुप्रयोग क्षेत्रों से इसकी शोध स्थिति की जांच और विश्लेषण किया जाता है।
धातु फोमकॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स के लिए
धातु फोम के बढ़े हुए ऊष्मा हस्तांतरण गुणों को आम तौर पर मान्यता दी गई है। जब गैस या तरल छिद्रों से होकर बहता है, तो ऊष्मा को खुले-कोशिका संरचना वाले धातु फोम और द्रव के बीच जबरन संवहन के रूप में स्थानांतरित और विनिमेय किया जाता है। एक ओर, धातु फोम की जटिल त्रि-आयामी जाल संरचना द्रव के गैर-रेखीय प्रभाव को बनाती है, और अशांति की डिग्री को भी मजबूत करती है, इस प्रकार उच्च स्थानीय ऊष्मा हस्तांतरण में ठोस सतह को द्रव में बढ़ावा देती है; दूसरी ओर, फोम धातु का बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र भी धातु के अच्छे ऊष्मा हस्तांतरण प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण कारण है। वर्तमान में, कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर ट्रांसफर प्रदर्शन के लिए धातु फोम का अध्ययन मुख्य रूप से एयर-साइड एन्हांस्ड हीट ट्रांसफर और रेफ्रिजरेंट-साइड एन्हांस्ड हीट ट्रांसफर पर केंद्रित है।
धातु फोम के वायु-पक्ष संवर्धित ऊष्मा हस्तांतरण गुणों के लिए, पारंपरिक पंखों का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों में ऊष्मा अपव्यय के लिए पंखों के बजाय धातु फोम का उपयोग किया जाता है, जैसे कि शीतलन इलेक्ट्रॉनिक घटक, प्लेट हीट एक्सचेंजर्स और पंख वाले हीट एक्सचेंजर्स। कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स में, प्रवाह ऊष्मा हस्तांतरण गुणों का अध्ययन वर्तमान में मुख्य रूप से तांबे और एल्यूमीनियम फोम धातुओं के लिए किया जाता है, जिनमें छिद्र घनत्व आम तौर पर 40% से कम और छिद्र 70% या उससे अधिक होते हैं।
एक निश्चित छिद्र आकार पर, छिद्रता की वृद्धि के साथ गर्मी हस्तांतरण दर बढ़ जाती है और हावी हो जाती है। दूसरी ओर, एक निश्चित छिद्रता के लिए, छिद्र घनत्व जितना अधिक होता है, गर्मी हस्तांतरण दक्षता उतनी ही कम होती है, जो अत्यधिक बड़े छिद्र आकार के कारण हो सकता है। छिद्र संरचना पैरामीटर छिद्रता, छिद्र घनत्व और छिद्र व्यास गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैंधातु फोमइलेक्ट्रॉनिक घटकों को ठंडा करने में धातु फोम के अनुप्रयोग के लिए, गर्मी अपव्यय प्रभाव पर धातु फोम छिद्रता और छिद्र व्यास के प्रभावों की ऑर्थोगोनल प्रयोगों द्वारा जांच की गई थी। परिणाम बताते हैं कि मजबूर संवहन के तहत, फोम धातु का गर्मी अपव्यय प्रदर्शन छिद्र संरचना से संबंधित है, जिसमें छिद्र के आकार का सबसे बड़ा प्रभाव होता है।
कुछ शोध परिणामों से पता चलता है कि यद्यपि फोम धातु की ऊष्मा हस्तांतरण को बढ़ाने में एक मजबूत भूमिका है, लेकिन हीट एक्सचेंजर के प्रदर्शन के विकास के साथ प्रतिरोध की वृद्धि नगण्य नहीं है। फोम धातु की ऊष्मा हस्तांतरण दक्षता कम दबाव हानि पर काफी बेहतर होती है, और छिद्र घनत्व की वृद्धि के साथ दबाव हानि बढ़ जाती है। अध्ययन के परिणाम हल्के और कॉम्पैक्ट उच्च दक्षता वाले हीट एक्सचेंजर्स के डिजाइन और निर्माण के लिए शिक्षाप्रद हैं। फोम धातु हीट एक्सचेंजर्स और एक ही आकार के पंख वाले हीट एक्सचेंजर्स का एक प्रायोगिक अध्ययन किया गया था, और यह पाया गया कि समान परीक्षण स्थितियों के तहत, फोम धातु हीट एक्सचेंजर पंख वाले हीट एक्सचेंजर की तुलना में कम कुशल था, और दबाव हानि और घर्षण गुणांक पंख वाले हीट एक्सचेंजर की तुलना में अधिक थे। छिद्रपूर्ण फोम धातु का संवहन ताप हस्तांतरण पर एक स्पष्ट सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है, और रेनॉल्ड्स संख्या की वृद्धि के साथ सुदृढ़ीकरण प्रभाव कम हो जाता है; छिद्रपूर्ण फोम धातु तरल पदार्थ के प्रवाह प्रतिरोध को स्पष्ट रूप से बढ़ाती है, लेकिन रेनॉल्ड्स संख्या की वृद्धि के साथ प्रतिरोध वृद्धि का गुणन कम हो जाता है। संवहनीय ऊष्मा स्थानांतरण में व्यापक मजबूती और प्रवाह में दबाव में गिरावट के दो पहलुओं में वृद्धि देखी जा सकती है,झरझरा फोम धातुछोटे प्रवाह दर वाले तरल पदार्थ के लिए अधिक उपयुक्त है। फोम धातु में वायु-पक्ष संवर्धित ऊष्मा हस्तांतरण की भूमिका होती है, लेकिन साथ ही ऊष्मा हस्तांतरण प्रदर्शन में वृद्धि, प्रतिरोध भी बढ़ता है, और समग्र प्रदर्शन पारंपरिक पंखों से भी बदतर होता है। शोध से पता चलता है कि फोम धातु कम प्रवाह वाले दुर्लभ अवसरों के लिए उपयुक्त है। इसलिए, फोम धातु वायु-पक्ष संवर्धित ऊष्मा हस्तांतरण को आवेदन अवसरों पर विचार करने की आवश्यकता है, और पारंपरिक पंख ऊष्मा अपव्यय वैकल्पिक अनुसंधान को आँख बंद करके नहीं किया जा सकता है।

धातु फोम चरण परिवर्तन द्वारा सर्द के ताप हस्तांतरण को बढ़ाने में भी भूमिका निभा सकता है। परिणाम बताते हैं कि जब छिद्रण निश्चित होता है, तो बड़े सतह क्षेत्र और अधिक तीव्र गड़बड़ी के साथ महीन कोशिका संरचना के कारण, छिद्र घनत्व 20 से 40 पीपीआई तक कम हो जाता है और छिद्र का आकार घटने पर ताप हस्तांतरण प्रदर्शन दोगुना हो जाता है। उच्च प्रवाह दरों पर, उबलते ताप हस्तांतरण गुणांक बढ़ती सूखापन के साथ एक स्थिर और धीमी वृद्धि बनाए रखता है। ऑपरेटिंग दबाव में क्रमिक वृद्धि के साथ, कम सूखापन पर उबलते ताप हस्तांतरण की घटना जमीन उबलने के समान होती है, यानी, दबाव में वृद्धि के साथ ताप हस्तांतरण तेज होता है, लेकिन एक निश्चित सीमा तक दबाव बढ़ जाता है जो उबलते ताप हस्तांतरण में बिगड़ती भूमिका निभाता है। तांबे के फोम ट्यूबों का ताप हस्तांतरण गुणांक प्रकाश ट्यूबों की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक है। तेल युक्त स्थितियों के मामले में, गर्मी हस्तांतरण को मजबूत करने के लिए धातु फोम का प्रभाव कमजोर हो जाता है; समान परिस्थितियों में, 5PPI फोम धातु की तुलना में, 10PPI फोम धातु गर्मी हस्तांतरण गुणांक को 0.6 गुना तक बढ़ा सकता है, और छोटे छिद्र आकार प्रवाह उबलते गर्मी हस्तांतरण गुणांक में सुधार कर सकते हैं।
प्रवाह संघनन दबाव ड्रॉप और गर्मी हस्तांतरण गुणांक पर द्रव्यमान प्रवाह दर और दो-चरण द्रव सूखापन के प्रभावों का व्यापक रूप से विश्लेषण किया गया था। परिणाम बताते हैं कि आंतरिक दीवार से भरे कुंडलाकार धातु फोम ट्यूब का दबाव ड्रॉप प्रकाश ट्यूब की तुलना में बहुत बड़ा है, और द्रव्यमान प्रवाह दर और सूखापन की वृद्धि के साथ दबाव ड्रॉप तेजी से और गैर-रैखिक रूप से बढ़ता है। आंतरिक दीवार से भरे कुंडलाकार धातु फोम ट्यूब का संघनन ताप हस्तांतरण गुणांक प्रकाश ट्यूब की तुलना में बड़ा है, और द्रव्यमान प्रवाह दर और सूखापन की वृद्धि के साथ ताप हस्तांतरण गुणांक बढ़ता है, और इस प्रकार के प्रबलित ट्यूबों का प्रवाह संघनन ताप हस्तांतरण गुणांक प्रकाश ट्यूब की तुलना में लगभग दोगुना है। क्योंकि इसका केशिका प्रभाव स्पष्ट है, 130PPI प्रबलित ट्यूब का छिद्र घनत्व सबसे अच्छा प्रभाव है, प्रकाश ट्यूब के लिए 3.06 गुना, 40PPI ट्यूब मुख्य रूप से कम-रिब्ड ट्यूब की संरचना के समान है जो मजबूती के साधन के रूप में है।
कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर में,धातु फोमगर्मी हस्तांतरण की भूमिका को मजबूत करने के लिए पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है, लेकिन अध्ययन से पता चला है कि फोम धातु वृद्धि की प्रतिरोध विशेषताएं भी बहुत महत्वपूर्ण हैं, कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर में फोम धातु के आवेदन का आकलन करने के लिए व्यापक प्रदर्शन की आवश्यकता है। इसके अलावा, तेल युक्त स्नेहक की उपस्थिति में, फोम धातु गर्मी हस्तांतरण में गिरावट का कारण बन सकती है, और शीतलक के चरण परिवर्तन गर्मी हस्तांतरण के लिए धातु फोम के बढ़े हुए गर्मी हस्तांतरण को स्नेहक के प्रभावों के प्रकाश में विचार करने की आवश्यकता है।