Raziskovanje značilnosti prenosa toplote kovinske pene in njena uporaba v industriji HVAC

Svetovno povpraševanje po energiji raste s približno 1,3 % letno stopnjo, varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij pa je ena od pomembnih razvojnih strategij države, zato je energetsko varčna oprema na področju energetskih aplikacij (pretvorba toplote, shranjevanje toplote in izraba toplote) vzbuja veliko pozornosti.

Kovinska penaje tehnologija obdelave materiala, ki jo je leta 1948 predlagal ameriški znanstvenik Sosnick, nekakšna pora, ki jo tvori okostje kovinskega ligamenta in enote pore, ki so medsebojno povezane z odprtimi celicami, vsaka odprta celica (pora) vključuje 12~14 peterokotnih ali šestkotnih površin, material zaaluminij, jekla, niklja, bakra, keramike in kovinskih zlitin, ki ima odlične lastnosti kovine v neprekinjeni fazi in lastnosti por v diskretni fazi.
Za kovinske pene so značilni naslednji ključni parametri:
1. Premer por je povprečni premer odprtin in se giblje od 0,1 do 10 mm;
2. premer skeleta je povprečni premer kovinskega skeleta;
3. gostota por je število por na palec in je povezana z velikostjo celic, velikostjo por in velikostjo reber;
4. poroznost ε je volumski delež por, dobljen z meritvami mase in prostornine vzorca, v razponu od 80 % do 99 % in se lahko razvrsti v odprte in zaprte pore glede na to, ali so pore prepustne ali ne.
Zaradi značilnosti pretoka tekočine in izmenjave toplote je uporaba v energetskem polju večinoma tipa odprtih por, ki ima v notranjosti neprekinjeno in neovirano tridimenzionalno strukturo por, med trdnim skeletom pa so pore, tekočina pa lahko teče znotraj por, s poroznostjo ε>80%, veliko specifično površino (1000 ~ 5000 m2/m3), visoko toplotno prevodnostjo in dobro zmogljivostjo izmenjave toplote, ki se večinoma uporablja v toplotni izmenjevalnik, elektronsko hlajenje in gorivne celice. V energetskih objektih se uporablja v toplotnih izmenjevalnikih z vgrajeno peno, sončnimi kolektorji, sončnimi sprejemniki, hranilniki toplote ipd.
Glede na strukturne značilnosti in fizikalne lastnosti kovinske pene raziščite funkcionalizirano uporabo kovinske pene na področju HVAC, od prenosa toplote, zbiranja toplote, shranjevanja toplote 3 vidike njenih glavnih aplikacij in značilnosti študije, glavne ugotovitve so naslednje:
(1) toplotni izmenjevalnik, vdelan v kovinsko peno, je zelo učinkovit kompakten toplotni izmenjevalnik, ki lahko poveča konvektivni koeficient prenosa toplote za 3-9-krat; različni materiali (baker, aluminij, nikelj) lahko bistveno izboljša sposobnost krepitve prenosa toplote, različni materiali pa lahko povzročijo, da je koeficient prenosa toplote drugačen; penasta kovina v teoriji prenosa toplote v poroznosti, gostoti por in prepustnosti lestvice por je določitev prenosa toplote glavnih parametrov učinkovitega; parametri v hitrosti prenosa toplote, padec tlaka, pretok sklopke koeficienta prenosa toplote je glavni parameter; parametri v hitrosti prenosa toplote, padcu tlaka, pretoku trdne snovi. Treba je določiti sklopko koeficienta prenosa toplote glavnih parametrov, je zasnova toplotnega izmenjevalnika glavni parameter indikatorja.
(2) Kovinska pena se uporablja v napravah za sončne kolektorje, zaradi kovinske pene, ki se uporablja pri tej visoki temperaturi, je učinek toplotnega sevanja očiten in prevladujoč. Učinek sklopitve toplotne prevodnosti in sevalnega prenosa toplote pri visokih temperaturah v procesu prenosa toplote ter specifičnost strukture kovinske pene povzročita, da so dejavniki, ki vplivajo na učinkovito toplotno prevodnost kovinske pene in način prenosa toplote, večkratni in zapleteno. Običajno se uporabljajo direktni absorpcijski sončni kolektorji in volumetrični sončni kolektorji, pri katerih je absorpcijski kolektor prevladujoč vpliv kovinske pene na absorpcijo sončne energije, ki posredno vpliva na prenos toplote med kovino, peno in tekočino na delovanje sprejemnika sončne energije; volumetrični kolektor je uporaba zračnega toka in pretoka sončne energije v napravo, geometrija in materialna konfiguracija kovinske pene pa sta glavna dejavnika.
(3)Kovinska penase uporablja v napravah za shranjevanje toplotne energije zaradi kontinuitete strukture in visoke učinkovitosti toplotne prevodnosti, z uporabo visoke toplotne prevodnosti, visoke poroznosti in visoke specifične površine ter fazno spremenljivih materialov z veliko zmogljivostjo shranjevanja toplote, preprosto strukturo in brez potrebe za porabo dodatne energije ipd., prednosti superpozicije sestave kompozitnih fazno spremenljivih materialov, izboljšanje prenosa toplote parafina, okrepitev toplotne prevodnosti fazno spremenjenih materialov, študija izboljšanja penaste kovine v fazi sprememba material Izboljšanje penaste kovine v razporeditvi materiala za fazno spremembo, sprememba poroznosti in obsega por, izbor materialov itd. Na kompozitni sistem ima odzivni čas fazne spremembe, porazdelitev temperature, čas shranjevanja toplote in prenos toplote pomemben vpliv o kasnejši optimizaciji zasnove opreme, da se zagotovi določena teoretična osnova.