Esplorazione delle caratteristiche di trasferimento termico della schiuma metallica e della sua applicazione nel settore HVAC

La domanda mondiale di energia cresce a un tasso di circa l'1,3% all'anno e il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni rappresentano due importanti strategie di sviluppo del Paese; per questo motivo, le apparecchiature per il risparmio energetico nel campo delle applicazioni energetiche (conversione del calore, accumulo di calore e utilizzo del calore) stanno attirando molta attenzione.

schiuma metallicaè una tecnologia di lavorazione dei materiali proposta dallo scienziato americano Sosnick nel 1948, una specie di poro formato dalMetallounità scheletriche e porose di tipo legamento interconnesse con cellule aperte, ogni cellula aperta (poro) comprende 12~14 superfici pentagonali o esagonali, il materiale peralluminio, acciaio, nichel, rame, ceramiche e leghe metalliche, che presentano le eccellenti caratteristiche sia dei metalli a fase continua sia delle caratteristiche dei pori a fase discreta.
MetalloSchiumasono caratterizzati dai seguenti parametri chiave:
1. Il diametro dei pori è il diametro medio delle aperture e varia da 0,1 a 10 mm;
2. Il diametro dello scheletro è il diametro medio dello scheletro metallico;
3. La densità dei pori è il numero di pori per pollice ed è correlata alla dimensione delle cellule, alla dimensione dei pori e alla dimensione delle nervature;
4. La porosità ε è la frazione di volume dei pori ottenuta dalle misurazioni di massa e volume del campione, che varia dall'80% al 99% e può essere classificata in pori aperti e chiusi a seconda che i pori siano permeabili o meno.
Grazie alle caratteristiche di flusso del fluido e di scambio termico, l'applicazione in campo energetico è principalmente di tipo a poro aperto, che presenta una struttura interna tridimensionale continua e senza ostruzioni, con pori tra lo scheletro solido, al cui interno il fluido può fluire, con porosità ε>80%, ampia superficie specifica (1000~5000 m²/m³), elevata conduttività termica e buone prestazioni di scambio termico, che viene utilizzata principalmente negli scambiatori di calore, nei sistemi di raffreddamento elettronici e nelle celle a combustibile. Negli impianti energetici, viene utilizzato in scambiatori di calore con schiuma metallica incorporata, collettori solari, ricevitori solari, accumulatori di calore e così via.
In base alle caratteristiche strutturali e fisiche della schiuma metallica, indagare l'applicazione funzionalizzata della schiuma metallica nel campo HVAC, rispettivamente, dal trasferimento di calore, alla raccolta di calore, all'accumulo di calore 3 aspetti delle sue principali applicazioni e caratteristiche dello studio, i principali risultati sono i seguenti:
(1) lo scambiatore di calore incorporato nella schiuma metallica è uno scambiatore di calore compatto ad alta efficienza, che può aumentare il coefficiente di trasferimento di calore convettivo di 3~9 volte; diversi materiali (rame, alluminio, nichel) può migliorare significativamente la capacità di rafforzare il trasferimento di calore e materiali diversi possono rendere diverso il coefficiente di trasferimento di calore; la schiuma metallica nella teoria del trasferimento di calore nella porosità, nella densità dei pori e nella permeabilità della scala dei pori consiste nel determinare il trasferimento di calore dei parametri principali dell'effettivo; i parametri nella velocità di trasferimento di calore, nella caduta di pressione, nel flusso dell'accoppiamento del coefficiente di trasferimento di calore sono i parametri principali; i parametri nella velocità di trasferimento di calore, nella caduta di pressione, nel flusso dell'accoppiamento solido del coefficiente di trasferimento di calore dei parametri principali devono essere determinati, è la progettazione dello scambiatore di calore i principali parametri indicatori.
(2) La schiuma metallica viene utilizzata negli impianti di collettori solari. A causa dell'utilizzo della schiuma metallica in queste condizioni di alta temperatura, l'effetto della radiazione termica è evidente e dominante. L'effetto di accoppiamento della conduzione termica e del trasferimento di calore per irraggiamento ad alte temperature nel processo di trasferimento di calore, nonché la specificità della struttura della schiuma metallica, rendono molteplici e complessi i fattori che influenzano la conduttività termica effettiva della schiuma metallica e la modalità di trasferimento di calore. I collettori solari ad assorbimento diretto e i collettori solari volumetrici sono comunemente utilizzati. Nel collettore ad assorbimento, l'influenza della schiuma metallica sull'assorbimento dell'energia solare è dominante, mentre tra metallo, schiuma e fluido il trasferimento di calore influisce indirettamente sulle prestazioni del ricevitore di energia solare. Nel collettore volumetrico, l'effetto del flusso d'aria e del flusso di energia solare nel dispositivo è influenzato principalmente dalla geometria e dalla configurazione del materiale della schiuma metallica.
(3)schiuma metallicaviene utilizzato nei dispositivi di accumulo di energia termica grazie alla continuità della struttura e all'elevata efficienza della conduttività termica, sfruttando l'elevata conduttività termica, l'elevata porosità e l'elevata area superficiale specifica, nonché i materiali a cambiamento di fase con grande capacità di accumulo di calore, struttura semplice e nessuna necessità di consumare energia aggiuntiva, ecc., i vantaggi della sovrapposizione della composizione dei materiali compositi a cambiamento di fase, migliorano il trasferimento di calore della paraffina, rafforzano la conduttività termica dei materiali a cambiamento di fase, lo studio del miglioramento del metallo espanso nel materiale a cambiamento di fase Miglioramento della disposizione del metallo espanso nel materiale a cambiamento di fase, modifica della porosità e della scala dei pori, selezione dei materiali, ecc. sul sistema composito del tempo di risposta al cambiamento di fase, distribuzione della temperatura, tempo di accumulo del calore e trasferimento di calore ha un impatto importante sulla successiva ottimizzazione della progettazione dell'apparecchiatura per fornire una certa base teorica.