การสำรวจลักษณะการถ่ายเทความร้อนของโฟมโลหะและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม HVAC

ความต้องการพลังงานของโลกกำลังเติบโตในอัตราประมาณ 1.3% ต่อปี โดยการอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกถือเป็นหนึ่งในกลยุทธ์การพัฒนาที่สำคัญของประเทศ ดังนั้น อุปกรณ์ประหยัดพลังงานในด้านการใช้พลังงาน (การแปลงความร้อน การกักเก็บความร้อน และการใช้ความร้อน) จึงดึงดูดความสนใจเป็นอย่างมาก

โฟมโลหะเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลวัสดุที่เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Sosnick ในปีพ.ศ. 2491 ซึ่งเป็นรูพรุนชนิดหนึ่งที่เกิดจากโลหะโครงกระดูกประเภทเอ็นและหน่วยรูพรุนเชื่อมต่อกันด้วยเซลล์เปิด โดยเซลล์เปิดแต่ละเซลล์ (รูพรุน) ประกอบด้วยพื้นผิวห้าเหลี่ยมหรือหกเหลี่ยม 12~14 พื้นผิว วัสดุที่จะอลูมิเนียมเหล็ก นิกเกิล ทองแดง เซรามิก และโลหะผสม ซึ่งมีคุณสมบัติที่โดดเด่นทั้งของโลหะเฟสต่อเนื่องและลักษณะของรูพรุนเฟสแยก
โลหะโฟมs มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์หลักดังต่อไปนี้:
1. เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนคือเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของช่องเปิดและอยู่ในช่วง 0.1 ถึง 10 มม.
2. เส้นผ่านศูนย์กลางโครงกระดูกคือเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของโครงกระดูกโลหะ
3. ความหนาแน่นของรูพรุนคือจำนวนรูพรุนต่อนิ้วและสัมพันธ์กับขนาดเซลล์ ขนาดรูพรุน และขนาดซี่โครง
4. ความพรุน ε คือเศษส่วนปริมาตรของรูพรุนที่ได้จากการวัดมวลและปริมาตรของตัวอย่าง ซึ่งอยู่ในช่วง 80% ถึง 99% โดยสามารถแบ่งออกเป็นรูพรุนเปิดและรูพรุนปิดได้ตามว่ารูพรุนนั้นสามารถซึมผ่านได้หรือไม่
เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการไหลของของไหลและการแลกเปลี่ยนความร้อน การใช้งานในสาขาพลังงานจึงส่วนใหญ่เป็นแบบรูพรุนเปิด ซึ่งมีโครงสร้างรูพรุนสามมิติต่อเนื่องและไม่มีสิ่งกีดขวางภายใน และมีรูพรุนระหว่างโครงกระดูกแข็ง และของไหลสามารถไหลเข้าไปภายในรูพรุนได้ โดยมีค่ารูพรุน ε>80% พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ (1000~5000 m2/m3) การนำความร้อนสูง และประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดี ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ระบบทำความเย็นอิเล็กทรอนิกส์ และเซลล์เชื้อเพลิง ในโรงงานพลังงาน ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีโฟมโลหะฝังอยู่ เครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องรับพลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องสะสมความร้อน เป็นต้น
จากลักษณะโครงสร้างและคุณสมบัติทางกายภาพของโฟมโลหะ ศึกษาการประยุกต์ใช้ฟังก์ชันของโฟมโลหะในด้าน HVAC ตามลำดับ ตั้งแต่การถ่ายเทความร้อน การรวบรวมความร้อน การกักเก็บความร้อน 3 ด้านของการใช้งานหลักและลักษณะเฉพาะของการศึกษา ผลการค้นพบหลักมีดังนี้:
(1) ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ฝังอยู่ในโฟมโลหะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดกะทัดรัดที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนได้ 3~9 เท่า วัสดุที่แตกต่างกัน (ทองแดง, อลูมิเนียม, นิกเกิล) สามารถปรับปรุงความสามารถในการเสริมสร้างการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ และวัสดุต่าง ๆ สามารถทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแตกต่างกันได้ โฟมโลหะในทฤษฎีการถ่ายเทความร้อนในรูพรุน ความหนาแน่นของรูพรุน และการซึมผ่านของเกล็ดรูพรุนนั้นใช้เพื่อกำหนดการถ่ายเทความร้อนของพารามิเตอร์หลักที่มีประสิทธิภาพ พารามิเตอร์ในอัตราถ่ายเทความร้อน การลดลงของความดัน การไหลของการมีคัปปลิ้งของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเป็นพารามิเตอร์หลัก พารามิเตอร์ในอัตราถ่ายเทความร้อน การลดลงของความดัน การไหลของการมีคัปปลิ้งของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของพารามิเตอร์หลักจะต้องกำหนด โดยการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นพารามิเตอร์ตัวบ่งชี้หลัก
(2) โฟมโลหะใช้ในอุปกรณ์รับพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากโฟมโลหะที่ใช้ในสถานการณ์อุณหภูมิสูงนี้ ผลกระทบจากการแผ่รังสีความร้อนจึงชัดเจนและโดดเด่น ผลกระทบจากการรวมตัวของการนำความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนที่อุณหภูมิสูงในกระบวนการถ่ายเทความร้อน รวมถึงลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของโฟมโลหะ ทำให้ปัจจัยที่ส่งผลต่อการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพของโฟมโลหะและโหมดการถ่ายเทความร้อนมีหลากหลายและซับซ้อน ที่นิยมใช้คือตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์แบบดูดกลืนโดยตรงและตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์แบบปริมาตร ซึ่งตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์แบบดูดกลืนเป็นอิทธิพลของโฟมโลหะต่อการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหลัก ระหว่างโลหะ โฟม และการถ่ายเทความร้อนของของไหลส่งผลทางอ้อมต่อประสิทธิภาพของตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์แบบปริมาตรคือการใช้การไหลของอากาศและการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์เข้าไปในอุปกรณ์ รูปทรงและการกำหนดค่าวัสดุของโฟมโลหะครอบครองปัจจัยหลัก
(3)โฟมโลหะใช้ในอุปกรณ์กักเก็บพลังงานความร้อนเนื่องจากความต่อเนื่องของโครงสร้างและประสิทธิภาพในการนำความร้อนที่สูง โดยใช้การนำความร้อนสูง ความพรุนสูง และพื้นที่ผิวจำเพาะสูง และวัสดุเปลี่ยนเฟสที่มีความจุในการกักเก็บความร้อนขนาดใหญ่ โครงสร้างเรียบง่ายและไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม ฯลฯ ข้อดีของการซ้อนทับขององค์ประกอบของวัสดุเปลี่ยนเฟสแบบคอมโพสิต เพิ่มการถ่ายเทความร้อนของพาราฟิน เสริมการนำความร้อนของวัสดุเปลี่ยนเฟส การศึกษาการปรับปรุงโลหะโฟมในวัสดุเปลี่ยนเฟส การปรับปรุงการจัดเรียงวัสดุเปลี่ยนเฟส การเปลี่ยนแปลงรูพรุนและขนาดรูพรุน การเลือกวัสดุ ฯลฯ ในระบบคอมโพสิตของเวลาตอบสนองการเปลี่ยนเฟส การกระจายอุณหภูมิ เวลาในการเก็บความร้อน และการถ่ายเทความร้อนมีผลกระทบอย่างสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพในภายหลังของการออกแบบอุปกรณ์เพื่อให้มีพื้นฐานทางทฤษฎีบางอย่าง