Sifat perpindahan panas dari busa logam sel terbuka

Busa logam merupakan salah satu jenis material logam komposit multifungsi yang mengandung sejumlah, ukuran pori, dan porositas tertentu dalam matriks logam. Busa logam memiliki karakteristik struktural yang unik seperti luas permukaan spesifik yang besar, porositas yang besar, dan kepadatan yang kecil, serta memiliki karakteristik komposit multifungsi seperti pembuangan panas (sel terbuka), insulasi panas (sel tertutup), penyerapan suara dan peredam getaran, ringan, kekuatan spesifik yang tinggi, pelindung elektromagnetik, dll., dan merupakan jenis material struktural dan fungsional yang memadukan sifat-sifat termofisika.Sic (Sik)s, mekanika, akustik, dan listrik.
Untukbusa logam sel terbuka, porositas tinggi dan struktur jaring tiga dimensi yang kompleks membuatnya memiliki pembuangan panas yang sangat baik dan efisiensi perpindahan panas yang tinggi, yang memiliki prospek aplikasi yang sangat luas di bidang penukar panas kompak, pendinginan perangkat mikroelektronik, dan sebagainya. Untuk sifat perpindahan panas dari logam busa sel terbuka, status penelitiannya diselidiki dan dianalisis dari area aplikasi penukar panas kompak.
Busa logamuntuk penukar panas kompak
Sifat perpindahan panas yang ditingkatkan dari busa logam telah diakui secara umum. Ketika gas atau cairan mengalir melalui lubang, panas dipindahkan dan dipertukarkan dalam bentuk konveksi paksa antara busa logam dengan struktur sel terbuka dan fluida. Di satu sisi, struktur jala tiga dimensi yang kompleks dari busa logam membuat efek nonlinier dari fluida, dan tingkat turbulensi juga diperkuat, sehingga meningkatkan permukaan padat ke fluida dalam perpindahan panas lokal yang tinggi; di sisi lain, luas permukaan spesifik logam busa yang besar juga merupakan alasan penting bagi logam untuk memiliki kinerja perpindahan panas yang baik. Saat ini, studi busa logam untuk kinerja perpindahan penukar panas kompak terutama berfokus pada perpindahan panas yang ditingkatkan sisi udara dan perpindahan panas yang ditingkatkan sisi refrigeran.
Untuk sifat perpindahan panas sisi udara yang ditingkatkan dari busa logam, busa logam digunakan sebagai pengganti sirip untuk pembuangan panas dalam aplikasi yang menggunakan sirip tradisional, seperti pendinginan komponen elektronik, penukar panas pelat, dan penukar panas bersirip. Dalam penukar panas kompak, sifat perpindahan panas aliran saat ini dipelajari terutama untuk logam busa tembaga dan aluminium dengan kepadatan pori umumnya kurang dari 40% dan porositas 70% atau lebih.
Pada ukuran pori tertentu, laju perpindahan panas meningkat seiring dengan peningkatan porositas dan mendominasi. Di sisi lain, untuk porositas tertentu, semakin tinggi kerapatan pori, semakin rendah efisiensi perpindahan panas, yang mungkin disebabkan oleh ukuran pori yang terlalu besar. Parameter struktur pori porositas, kerapatan pori, dan diameter pori merupakan faktor utama yang mempengaruhi kinerja perpindahan panasbusa logamUntuk aplikasi busa logam dalam pendinginan komponen elektronik, efek porositas busa logam dan diameter pori pada efek pembuangan panas diteliti melalui eksperimen ortogonal. Hasilnya menunjukkan bahwa di bawah konveksi paksa, kinerja pembuangan panas logam busa terkait dengan struktur pori, di mana ukuran pori memiliki pengaruh terbesar.
Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa meskipun logam busa memiliki peran yang kuat dalam meningkatkan perpindahan panas, pertumbuhan resistansi tidak dapat diabaikan seiring dengan pertumbuhan kinerja penukar panas. Efisiensi perpindahan panas dari logam busa ditingkatkan secara signifikan pada kehilangan tekanan yang lebih kecil, dan kehilangan tekanan meningkat dengan peningkatan kepadatan pori. Hasil penelitian ini bersifat instruktif untuk desain dan fabrikasi penukar panas efisiensi tinggi yang ringan dan kompak. Sebuah studi eksperimental penukar panas logam busa dan penukar panas bersirip dengan ukuran yang sama telah dilakukan, dan ditemukan bahwa di bawah kondisi pengujian yang sama, penukar panas logam busa kurang efisien daripada penukar panas bersirip, dan kehilangan tekanan dan koefisien gesekan lebih tinggi daripada penukar panas bersirip. Logam busa berpori memiliki efek penguatan yang jelas pada perpindahan panas konvektif, dan efek penguatan berkurang dengan peningkatan bilangan Reynolds; logam busa berpori membuat resistansi aliran fluida meningkat secara jelas, tetapi perkalian peningkatan resistansi berkurang dengan peningkatan bilangan Reynolds. Penguatan menyeluruh perpindahan panas konveksi dan peningkatan penurunan tekanan pada aliran dua aspek dapat dilihat,busa logam berporilebih cocok untuk fluida dengan laju alir yang lebih kecil. Logam busa berperan sebagai perpindahan panas yang ditingkatkan di sisi udara, tetapi pada saat yang sama meningkatkan kinerja perpindahan panas, resistansi juga meningkat, dan kinerja keseluruhan lebih buruk daripada sirip tradisional. Penelitian menunjukkan bahwa logam busa cocok untuk aliran rendah yang jarang terjadi. Oleh karena itu, perpindahan panas yang ditingkatkan di sisi udara logam busa perlu mempertimbangkan kesempatan aplikasi, dan tidak dapat secara membabi buta melakukan penelitian alternatif pembuangan panas sirip tradisional.

Busa logam juga dapat berperan dalam meningkatkan perpindahan panas refrigeran melalui perubahan fase. Hasilnya menunjukkan bahwa ketika porositasnya pasti, kinerja perpindahan panas berlipat ganda karena kepadatan pori berkurang dari 20 menjadi 40 PPI dan ukuran pori berkurang, karena struktur sel yang lebih halus dengan luas permukaan yang lebih besar dan gangguan yang lebih intens. Pada laju aliran tinggi, koefisien perpindahan panas didih mempertahankan peningkatan yang stabil dan lambat dengan meningkatnya kekeringan. Dengan peningkatan tekanan operasi secara bertahap, fenomena perpindahan panas didih pada kekeringan rendah mirip dengan didih tanah, yaitu, perpindahan panas diintensifkan dengan peningkatan tekanan, tetapi tekanan naik sampai batas tertentu memainkan peran yang memburuk dalam perpindahan panas didih. Koefisien perpindahan panas tabung busa tembaga sekitar tiga kali lebih tinggi daripada tabung cahaya. Dalam kasus refrigeran murni, keberadaan logam busa meningkatkan aliran perpindahan panas didih, dan koefisien perpindahan panas meningkat hingga 185%. Dalam kasus kondisi yang mengandung minyak, efek busa logam untuk memperkuat perpindahan panas melemah; dalam kondisi yang sama, dibandingkan dengan logam busa 5PPI, logam busa 10PPI dapat meningkatkan koefisien perpindahan panas hingga 0,6 kali, dan ukuran pori yang lebih kecil dapat meningkatkan koefisien perpindahan panas didih aliran.
Efek laju aliran massa dan kekeringan fluida dua fase pada penurunan tekanan kondensasi aliran dan koefisien perpindahan panas dianalisis secara komprehensif. Hasilnya menunjukkan bahwa penurunan tekanan tabung busa logam melingkar yang diisi dinding bagian dalam jauh lebih besar daripada tabung cahaya, dan penurunan tekanan meningkat dengan cepat dan nonlinier dengan peningkatan laju aliran massa dan kekeringan. Koefisien perpindahan panas kondensasi tabung busa logam melingkar yang diisi dinding bagian dalam lebih besar daripada tabung cahaya, dan koefisien perpindahan panas meningkat dengan peningkatan laju aliran massa dan kekeringan, dan koefisien perpindahan panas kondensasi aliran jenis tabung yang diperkuat ini sekitar dua kali lipat dari tabung cahaya. Karena efek kapilernya jelas, kerapatan pori tabung yang diperkuat 130PPI adalah efek terbaik, untuk tabung cahaya 3,06 kali, tabung 40PPI terutama mirip dengan struktur tabung bergaris rendah sebagai sarana penguatan.
Dalam penukar panas kompak,busa logamdapat dimanfaatkan sepenuhnya untuk memperkuat peran perpindahan panas, tetapi penelitian menunjukkan bahwa karakteristik resistensi pertumbuhan logam busa juga sangat signifikan, perlunya kinerja yang komprehensif untuk menilai penerapan logam busa dalam penukar panas kompak. Selain itu, dengan adanya pelumas yang mengandung minyak, logam busa dapat menyebabkan penurunan perpindahan panas, dan peningkatan perpindahan panas busa logam untuk perpindahan panas perubahan fase refrigeran perlu dipertimbangkan mengingat efek pelumas.