استكشاف خصائص نقل الحرارة للرغوة المعدنية وتطبيقاتها في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

ينمو الطلب العالمي على الطاقة بمعدل حوالي 1.3٪ سنويًا، ويعد الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات أحد استراتيجيات التنمية المهمة في البلاد، لذلك تجذب معدات توفير الطاقة في مجال تطبيقات الطاقة (تحويل الحرارة وتخزين الحرارة واستخدام الحرارة) الكثير من الاهتمام.

رغوة معدنيةهي تقنية معالجة المواد التي اقترحها العالم الأمريكي سوسنيك في عام 1948، وهي عبارة عن نوع من المسام التي تشكلت بواسطةمعدنهيكل من نوع الرباط ووحدات مسام مترابطة مع خلايا مفتوحة، كل خلية مفتوحة (مسام) تتضمن 12 إلى 14 سطحًا خماسيًا أو سداسيًا، المادة التيالألومنيوم، الفولاذ، والنيكل، والنحاس، والسيراميك، وسبائك المعادن، والتي تتمتع بالخصائص الممتازة لكل من المعدن في الطور المستمر وخصائص المسام في الطور المنفصل.
معدنرغوةتتميز بالمعلمات الرئيسية التالية:
1. قطر المسام هو القطر المتوسط ​​للفتحات ويتراوح من 0.1 إلى 10 ملم؛
2. قطر الهيكل هو القطر المتوسط ​​للهيكل المعدني؛
3. كثافة المسام هي عدد المسام لكل بوصة وترتبط بحجم الخلية وحجم المسام وحجم الضلع؛
4. المسامية ε هي الكسر الحجمي للمسام التي يتم الحصول عليها من قياسات الكتلة والحجم للعينة، وتتراوح من 80٪ إلى 99٪، ويمكن تصنيفها إلى مسام مفتوحة ومغلقة وفقًا لما إذا كانت المسام نفاذة أم لا.
بفضل خصائص تدفق السوائل وتبادل الحرارة، فإن التطبيقات في مجال الطاقة غالبًا ما تكون من النوع ذي المسام المفتوحة، والذي يتميز ببنية مسامية ثلاثية الأبعاد متصلة وغير مسدودة، مع وجود مسام بين الهيكل الصلب، مما يسمح للسائل بالتدفق داخل المسام، بمسامية ε>80%، ومساحة سطح نوعية كبيرة (1000-5000 متر مربع/متر مكعب)، وموصلية حرارية عالية، وأداء تبادل حراري ممتاز. تُستخدم هذه المادة بشكل رئيسي في المبادلات الحرارية، والتبريد الإلكتروني، وخلايا الوقود. في مرافق الطاقة، تُستخدم في المبادلات الحرارية المزوّدة بمعدن رغوي مدمج، ومجمعات الطاقة الشمسية، ومستقبلات الطاقة الشمسية، ومراكم الحرارة، وغيرها.
وفقًا للخصائص البنيوية والخصائص الفيزيائية لرغوة المعدن، يتم التحقيق في التطبيق الوظيفي لرغوة المعدن في مجال التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، على التوالي، من نقل الحرارة، وجمع الحرارة، وتخزين الحرارة 3 جوانب من تطبيقاتها الرئيسية وخصائص الدراسة، والنتائج الرئيسية هي كما يلي:
(1) المبادل الحراري المدمج في الرغوة المعدنية هو مبادل حراري مضغوط عالي الكفاءة، والذي يمكنه زيادة معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري بمقدار 3 إلى 9 مرات؛ مواد مختلفة (النحاس والألمنيوم والنيكل) يمكن أن تحسن بشكل كبير القدرة على تعزيز نقل الحرارة، والمواد المختلفة يمكن أن تجعل معامل نقل الحرارة مختلفة؛ رغوة المعادن في نظرية نقل الحرارة في المسامية، وكثافة المسام، ونفاذية مقياس المسام هو تحديد نقل الحرارة من المعلمات الرئيسية للفعالية؛ المعلمات في معدل نقل الحرارة، وانخفاض الضغط، وتدفق اقتران معامل نقل الحرارة هو المعلمة الرئيسية؛ المعلمات في معدل نقل الحرارة، وانخفاض الضغط، وتدفق اقتران الصلبة من معامل نقل الحرارة من المعلمات الرئيسية التي تحتاج إلى تحديد، هو تصميم المبادل الحراري هو المعلمات المؤشر الرئيسي.
(2) تُستخدم الرغوة المعدنية في مرافق تجميع الطاقة الشمسية، ونظرًا لاستخدامها في ظل درجات الحرارة المرتفعة، يكون تأثير الإشعاع الحراري واضحًا ومسيطرًا. إن تأثير اقتران التوصيل الحراري ونقل الحرارة الإشعاعي عند درجات الحرارة العالية في عملية نقل الحرارة، بالإضافة إلى خصوصية بنية الرغوة المعدنية، يجعل العوامل المؤثرة على التوصيل الحراري الفعال للرغوة المعدنية ونمط نقل الحرارة متعددة ومعقدة. تُستخدم عادةً مجمعات الطاقة الشمسية ذات الامتصاص المباشر والمجمعات الشمسية الحجمية، حيث يكون تأثير الرغوة المعدنية على امتصاص الطاقة الشمسية هو السائد، بينما يؤثر نقل الحرارة بين المعدن والرغوة والسوائل بشكل غير مباشر على أداء مستقبل الطاقة الشمسية؛ أما المجمع الحجمي فهو استخدام تدفق الهواء وتدفق الطاقة الشمسية إلى الجهاز، وتحتل هندسة وتكوين مادة الرغوة المعدنية العوامل الرئيسية.
(3)رغوة معدنيةيستخدم في أجهزة تخزين الطاقة الحرارية بسبب استمرارية الهيكل والكفاءة العالية للتوصيل الحراري، وذلك باستخدام الموصلية الحرارية العالية، والمسامية العالية والمساحة السطحية النوعية العالية، ومواد تغيير الطور ذات سعة تخزين الحرارة الكبيرة، والبنية البسيطة وعدم الحاجة إلى استهلاك طاقة إضافية، وما إلى ذلك، ومزايا تراكب تكوين مواد تغيير الطور المركبة، وتعزيز نقل الحرارة للبارافين، وتعزيز التوصيل الحراري لمواد تغيير الطور، ودراسة تحسين المعدن الرغوي في مادة تغيير الطور تحسين المعدن الرغوي في ترتيب مادة تغيير الطور، وتغيير المسامية ومقياس المسام، واختيار المواد، وما إلى ذلك على النظام المركب لوقت استجابة تغيير الطور، وتوزيع درجة الحرارة، ووقت تخزين الحرارة ونقل الحرارة له تأثير مهم على التحسين اللاحق لتصميم المعدات لتوفير أساس نظري معين.