金属泡沫–水的自然对流换热实验研究
论文泡沫金属对管道换热的增强
论文泡沫金属对管道换热的增强
泡沫金属是一种具有开放孔隙结构的金属材料，可以在管道换热中发挥一定的增强效果。
以下是泡沫金属对管道换热的一些增强机制和优势：
1. 表面积增大：泡沫金属的开放孔隙结构使得其表面积相对较大，可以更充分地与流体接触，从而增加传热面积，提高换热效率。
2. 强化湍流：泡沫金属内部的孔隙结构可以剧烈扰动流动，产生湍流现象，湍流可以增加流体与金属之间的传热和传质效果。
3. 减小热阻：泡沫金属内部的孔隙结构能够增加流体的流动路径，减小了流体在金属表面的阻力，进而减小了传热过程中的热阻，提高了换热效率。
4. 均匀分布流体：泡沫金属内部的孔隙结构可以帮助均匀分布流体，避免了流体的局部堵塞或偏流现象，保证了热量的均匀传递。
5. 耐腐蚀性和机械强度：泡沫金属通常采用耐腐蚀的材料制成，具有较好的机械强度，可以应对各种环境和工艺要求。
在实际应用中，泡沫金属可以被用作管道换热器、燃气燃烧器的燃烧媒介、污水处理以及石油化工等领域的热交换装置中，以提高换热效率和节约能源。
值得注意的是，具体的应用效果还需要根据具体的工况和需求进行综合评估。
泡沫金属填充板式换热器的传热特性研究
该换热器最大的特点为 ： 将原板式换热器 的 波纹介质的填充材料替换为具有规则形状且具有 更 大 比表面积 的轻 型铁 镍泡 沫金 属材料 。该 板式
换热器相比传统的板式换热器具有更高的传热效 率， 同时具有 更 紧凑 的设 备结 构 以及更轻 的重量 。 另外 ， 泡沫金属的空密度与孔隙率可 以根据不同
力 的测 量 。该 压力 变送 器是精 度 为 ０ ５ Ｓ的扩 ．％Ｆ
散硅压力变送器， 型号 ： Ｄ一 ０ 压阻式 ， 出信 Ｍ ８１ 输
号 ： ２ 量程 ： ０ ６ＭＰ ， 用 Ｄ ４～ ０ｍＡ， ０— ． ａ采 Ｃ±２ ４Ｖ 供 电方 式 。
图 ３
力
容
器
总第 ２１ ３ 期
ｐ — —试 样密 度 试 本试 验 采 用 如 图 ３所 示 的 铁 镍 泡 沫 金 属 材
ｍ／ ， ｈ 采用型号 Ｌ Ｂ一 ０ 精度 １５ 、 Ｚ ４、 ．％ 量程 ６— ０ ６
ｍ／ ｈ的 Ｌ Ｂ玻 璃 转 子 流 量 计 进 行 测 量 ； 度 变 Ｚ 温
强化传热（ 如图 ２所示 ）并在换热器 的每个进出 ， 口设置传感器进行介质参数的测定。
模拟 ； 陈振乾等 建立 了泡沫金属 内冻结相变传 热过程的传热模型 ， 模型 中综合考虑 了泡沫金属 中骨架和流体介质不同换热特性的影 响； 李菊香 等 对管间填充多孔泡沫金属 的方形管壳式换
料， 其尺寸为 ２ ０ｍ ５ ｍ× ５ ｍ× ５ｍ 孔隙率 ２０ｍ １ ｍ，
为 ０ ９ ， 密 度 分别 为 Ｐ Ｉ， Ｐ１ ．８ 孔 Ｐ５ Ｐ Ｉ５和 Ｐ Ｉ５的 Ｐ２
送器采用一体 化现场显示温度 变送器 Ｅ ， Ｘ 其型
号 ：Ｒ Ｓ ＷＺ 一２ ８ ， 度 号 ： ｔ ０ 量 程 ： ４０ 分 Ｐｌ ， ０ ０—２ ０ ５
开孔泡沫金属散热性能实验研究
开孔泡沫金属散热性能实验研究作者：冯涛来源：《中国科技纵横》2019年第14期摘要：开孔泡沫金属材料密度小，质量轻，组成这种材料的金属基材有良好的导热性。
因为这些特点的存在，这一材料的在轻量化、小型化电子产品制造领域当中的广泛得到了广泛应用。
通过设计开孔泡沫金属专用测试工装，对各种基材的泡沫金属散热性能进行研究，得到不同开孔泡沫金属材料的散热性能，为开孔泡沫泡沫金属的应用提供重要依据。
关键词：机载电子设备;开孔泡沫金属;散热;换热系数中图分类号：TG111.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0089-021 概述1.1 泡沫金属在现實情况当中，我们依据泡沫金属的孔结构，把众多的泡沫金属材料大致分为两类，分别是闭孔泡沫金属材料以及开孔金属泡沫材料。
闭孔金属泡沫材料内部的孔洞都是被里面的金属骨架进行隔开的，从而使得每一个孔洞之间都是没有相互连通的，每一个孔洞都是独立存在的，这也就是说，在闭孔泡沫金属材料当中，每一个孔洞其实都是封闭的，所以我们将其称为闭孔泡沫金属材料。
相对于闭孔泡沫金属而言，开孔泡沫金属材料里面的每一个孔洞都是互相连通的，使得流体能够顺利从这些孔洞当中流过。
也正是这些孔洞的存在，有效的增加了金属骨架和流体的换热面积，从而形成一种换热介质，因为开孔泡沫有着韧性高、重量小、强度高的特点，所以这种材料应用在航天设备以及各种汽车构件，甚至飞机的起落架中加以应用，此外，还广泛应用在各种设备的散热器当中，从而有效解决这些设备的散热问题。
本文主要对于开孔泡沫金属其散热性能进行研究。
1.2 开孔泡沫金属材料散热系统的研究开孔泡沫金属材料，这种固体金属材料的组成结构和我们人体的细胞结构有着相似点的，正是由于这种组成结构的原因，开孔泡沫金属材料的大部分体积都是由孔隙体积组成的。
在实际情况当中，这种材料的金属的体积占比一般都只有整体体积的5%～25%，这也就使得这种材料有着较轻的质量，有着比较不同于大多金属材料的性能以及有着非常优良的散热性能。
填充泡沫金属并联小通道流动沸腾换热特性研究
填充泡沫金属并联小通道流动沸腾换热特性研究随着微电子技术的快速发展,换热器件越来越趋向于小型化,而单位面积上的换热量却越来越大。
传统的空冷技术由于对流换热的局限性,显然已经满足不了这一要求。
研发一种高性能的微型散热器已经成为一个急需解决的问题。
沸腾换热由于能有效地利用相变潜热,换热效率能得到数倍的提高。
1981年至今,并联微通道中的沸腾换热得到了广泛研究,流动与其换热机理也被进一步揭示。
泡沫金属是一种超轻多孔金属材料,其独特的结构特征,可以极大提高核态沸腾成核率,且增加流体扰动,最终能使换热效率进一步提高。
填充泡沫金属的常规通道中的沸腾换热,已经有学者进行了研究,而微/小通道中的相关研究还未发表。
不同尺度下的流动沸腾特征是否一致、换热系数随各因素的变化规律是否一样以及微/小尺度下的换热模型创建均未得到解答。
本文采用水力直径为2.5mm的并联小通道,填充PPI为10和20的泡沫金属铜,进行了流动与换热特性的实验研究与理论分析。
设计了可视化实验段并搭建了循环回路实验台,通过分析压力信号与温度信号,得到了不同工况下的流型图与换热机理。
然后通过理论计算得到了换热系数影响规律和进口压力的变化规律。
最后通过多项式拟合的方法,创建了新的换热关联式。
在对流型与换热机理进行研究时,采用显微镜与高速摄像机结合的方法,对空管与填充泡沫金属管中的流型进行了拍摄并绘制了不同干度下的流型图。
分析了质量流速,热流密度和泡沫金属结构对流型转变的影响,20PPI下,弹状流/段塞流与环状流的干度边界介于0.04和0.05之间。
在对换热特性进行研究时,通过绘制沸腾曲线,来分析壁面温度与换热机理之间的关系。
同时根据换热系数曲线的变化趋势得到了质量流速、热流密度、干度与泡沫金属结构对换热系数的影响,以为微/小尺度换热器的设计与运行提供理论依据。
在对换热关联式和进口压力进行研究时,将本实验数据与之前的两个有代表性的换热模型进行了对比,并以原换热模型的基本形式为基础,根据当地换热系数的变化趋势,得到了新的换热关联式。
流体在超轻多孔金属泡沫中的流动和换热特性
流体在超轻多孔金属泡沫中的流动和换热特性
纪献兵;徐进良
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2009(060)001
【摘要】以去离子水为冷却液,对其在超轻多孔铜泡沫中的流动和换热特性进行了实验研究.在测定和分析流量、压力降和温度等实验参数的基础上,获取了热流密度、金属泡沫孔密度、液体流量等参数对层流流体流过金属泡沫时的压力降、通道壁面温度、对流换热等特性的影响.结果表明金属泡沫会显著强化对流换热,大大降低通
道的壁面温度,其对流换热能力会随Reynolds数的增大而逐渐增强,最大Nusselt
数可达空矩形通道的13倍,但与空通道相比,金属泡沫通道的压力降显著增大,并随Reynolds数及金属泡沫孔密度的增大而增大.
【总页数】7页(P21-27)
【作者】纪献兵;徐进良
【作者单位】中国科学院广州能源研究所微能源系统实验室,广东,广州,510640;中
国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院广州能源研究所微能源系统实验室,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.金属泡沫在纳米流体池内沸腾换热特性研究 [J], 毛玉博
2.SiC-水纳米流体在微小通道中的流动和换热特性 [J], 赵耀华;张艳妮;刁彦华;张冀
3.纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性 [J], 吴信宇;吴慧英;屈健;郑平
4.泡沫铝:新型超轻多孔金属的制备方法与性能 [J], 蒋晓虎;李志军;王辉;何思渊
5.潜热型功能热流体在微矩形槽道中的流动换热特性 [J], 何蔚然;刘东;胡安杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流传热的积分解
多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流传热的积分解文杰;刘振广;李菊香【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2011(62)7【摘要】应用边界层理论和局部热平衡传热模型,建立控制方程组,理论分析了多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流的传热特性.采用数量级分析法简化控制方程组,再进行积分求解.结果表明:多孔泡沫金属对自然对流具有强烈的扰动作用,使边界层发展很快,其厚度远大于光壁面时的边界层厚度,在等温竖壁面条件下本文所选的参数范围内(孔隙率0.9～0.95,孔密度5～40PPI),孔隙率越大、PPI越大,边界层也越厚;空气流速很快达到最大值,且此后的速度峰值几乎维持不变;自然对流传热的强化效果非常明显,相比光壁面,加入孔隙率0.9、孔密度5 PPI的多孔泡沫铝后其强化倍数达9以上,但孔隙率、孔密度增大时,流体边界层厚度增长过快,会使得传热恶化.%The convection heat transfer for natural flow of air over an isothermal vertical surface embedded with porous metal foam was theoretically studied using boundary-layer theory and local thermal equilibrium assumption. The conservation equations were simplified by analyzing the order of magnitude of each term and then solved by using integration method. It was shown that the develop of fluid boundary-layer thickness with metal foam was much faster than that of plain vertical surface because of disturbances induced by metal foam. The fluid boundary-layer thickness grew faster with larger porosity and higher pore density (porosity 0. 9-0. 95 and pore density 5-40 PPI). The flow velocity of airreached the maximum quickly and kept almost constant. The heat transfer in porous aluminum with 0.9 porosity and pore density 5 PPI was enhanced more than 9 times compared with that of plain vertical surface. However, with further increase in porosity and pore density, the develop of fluid boundary-layer thickness was too fast, which made heat transfer worse.【总页数】7页(P1831-1837)【作者】文杰;刘振广;李菊香【作者单位】南京工业大学能源学院,江苏,南京,210009;吉林燃料乙醇有限责任公司,吉林省,吉林市,132101;南京工业大学能源学院,江苏,南京,210009【正文语种】中文【中图分类】TK124【相关文献】1.通孔金属泡沫中的空气自然对流传热实验研究 [J], 屈治国;徐治国;陶文铨;卢天健2.多孔泡沫金属中指数规律变热流平板表面的层流对流传热分析 [J], 王景灏;李菊香;施玉3.多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析 [J], 张丹;李菊香4.间断等温边界下多孔介质方腔内非热平衡自然对流传热数值模拟 [J], 吴峰;王刚;马晓迅5.空气横掠沉没于多孔泡沫金属中错列管束的对流传热 [J], 李菊香;涂善东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析
金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析近年来，金属泡沫圆管换热器一直是能源利用技术领域的研究热点，因具有高热传导性、耐腐蚀、高强度和体积轻等优点，可大大提高热换的效率。
目前，关于金属泡沫换热器的研究主要集中在实验室实验和理论分析上，但是，在非稳态下，实验数据是有偏差的，而且这种试验会耗费大量的时间和金钱，而真正的换热器在实际应用中更加复杂。
因此，数值模拟和分析对于研究金属泡沫换热器性能十分重要。
在数值模拟中，建立一个计算模型，用以分析金属泡沫圆管换热器的性能，是本文的主要任务。
根据实验，换热器的性能主要涉及四个方面：热传导、流体流动、温度场和换热效率。
在模拟建模方面，采用基于Comsol Multiphysics的结构模型，对金属泡沫圆管换热器的热传导和流动特性进行模拟和分析，以获得金属泡沫圆管换热器的性能指标。
首先，在Comso Multiphysics中，根据实际情况建立金属泡沫圆管换热器的模型，并按照实际情况绘制结构图；其次，使用有限元方法，对换热器的热学性能进行模拟和分析，以获得一系列的性能参数，包括换热器的整体热传导系数、传热向量和换热效率等；最后，根据获得的模拟结果，建立温度场模型，并根据模拟结果分析金属泡沫圆管换热器的性能。
实验表明，随着金属泡沫圆管换热器的尺寸和结构参数的变化，换热器的性能也会发生变化，特别是换热效率会非常显著地变化。
从实验结果来看，在金属泡沫换热器的结构参数设计中，需要考虑孔隙尺寸、热流凝结比率和管径等参数，以获得最佳的换热效率。
综上所述，数值模拟和分析对研究金属泡沫圆管换热器的性能发挥着重要的作用，可以从多方面分析换热器结构和热特性。
另外，实验结果还表明，正确掌握金属泡沫换热器参数设计，可以提高换热效率。
本文的研究结果可以为类似研究领域提供参考，也为相关热换技术的改进提供理论依据。
总之，本文通过数值模拟和分析，分析了金属泡沫圆管换热器的性能，结果表明金属泡沫换热参数设计的合理性及其对换热效率的影响，为金属泡沫换热技术的进一步开发提供了理论依据。
冲击泡沫金属强化换热研究
No. 1, 2021(Vol.40 Total No. 154)REFRIGERATION8文章编号：ISSN 1005 - 9180 (2021) 01 - 0008 - 07冲击泡沫金属强化换热研究许改云(太原学院，山西太原030000 )［摘要］为分析冲击泡沫金属强化换热的换热机理和换热效果，采用计算流体动力学(CFD )和Tecplot 等后处理软件。
泡沫金属的高度h,孔隙率g,材质是变化的参量，换热面的换热系数，Nu 数，摩擦系数(Cf),不同等值线的速度分布和温度分布，流道内的流线分布，泡沫金属的温度分布是研究对象。
分析后得出，泡沫金属高度越小换热系数越大，摩擦系数越大，孔隙率越小Nu 数越大，在泡沫金属材质为铜时， Nu 数最大。
当泡沫金属高度h=2cm,孔隙率£=0.9,泡沫金属材质为铜时，冲击泡沫金属会在热源表面产生 最优的换热效果。
［关键词］射流冲击；泡沫金属；强化换热；CFD ［中图分类号］TB61+1［文献标志码］A doi ： 10. 3969/J. ISSN. 1005-9180. 2021. 01. 002Numerical Investigation of Heat Transfer in Metallic FoamSubjected to Impinging JetXU Gaiyun(Taiyuan University, Taiyuan City, Shanxi Province, 030000, China)Abstract: In order to analyze the thermal mechanism and heat transfer effective in metal foam subject to impinging jet.The computational fluid dynamics (CFD) and Tecplot are employed to handle with these problems, the metal foam heighth, porosity s , the material are various parameters. The heat transfer effective at heat resource surface, the Nusselt number (Nu), the skin friction factor (Cf), the velocity and temperature distribution, the streamline distribution inchannel and the metal foam temperature distribution are the object of study. It is concluded that, the heat transfercoefficient and the skin friction coefficient are increased with the decreased metal foam height (h), the Nu number isdecreased as the increased porosity when the metal material is Cu. The optimal heat transfer effect can be producedwhen the metal foam height h 二2cm, porosity £ =0.9, the copper foam metal are used in case of heat transfer in metallicfoam subject to impinging jet.Key words: Impinging Jet; Metal Foam; Forced Convection ; CFD收稿日期：2020-11-13作者简介：许改云（1991-）,女，助教，硕士研究生，喷射制冷及强化传热。
不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究
不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究郭增旭;白青松;杨肖虎;刘艳华;金立文【摘要】为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程的特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制.实验结果表明:在相变换热装置倾角不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)状态下固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77％、25％和34.16％.倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2019(053)001【总页数】6页(P157-162)【关键词】相变传热;金属泡沫;倾角;自然对流【作者】郭增旭;白青松;杨肖虎;刘艳华;金立文【作者单位】西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安;西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安;西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安;西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安;西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK124随着我国经济和社会的发展,能源和环境问题日趋严重,在寻找替代能源的同时,提高现有能源利用率变得越来越重要。
我国主要工业产品平均单位能耗高于国际水平30%左右,除了相对落后的生产技术、不合理的产业结构等因素外,较低的工业废热回收率是导致能耗高的主要原因。
中国能源利用率仅约为33%,低于发达国家10%左右,约50%的工业余热被直接丢弃[1-3]。
泡沫金属换热器压降与换热特性的实验研究
第５ 期
张 国立 ， ： 沫 金属 换 热 器 压 降 与 换 热 特 性 的 实 验 研 究 等 泡
・９ ７ ・ ８
台变 压 器 的 型 号 相 同 ， 压 范 围 为 ０ ２ ０Ｖ ， 调 ～ ５ 最 大 电 流 为 １ 通 过 调 节 变 压 器 的 电压 可 以 可 以 ２Ａ．
属的 自然对 流进 行 了实验 和数 值 模 拟分 析 ． ｈ — Ｐ ａ ｎ ｒ
研究 。 ． ｚ等 ＿ Ｗ Ａｚｉ 】 喷 气 发 动 机 中 应 用 泡 沫 金 对
… 垂
图 １ 实 验 系统 示 意 图
属 的压 降与传 热 特性 进 行 了研 究． 文将 泡 沫 金 本 属插入 圆形管 道 内使其 成 为 热 量 的载 体 ， 过 管 通 道 外 的冷却水 来 降低 流 经泡沫 金属 的高 温气体 的
泡 沫金 属换热 器 排 气 降温 的系 统 ， 不 同条 件 下 对 泡 沫金属 换热 器 的阻力 特性和 换热 特性进 行 了测
试． 最终 得 出了泡沫 金属换 热器 的工 作特 点．
置能 够得 到充 分 的加 热 ， 高温 度 可 达 １ ０℃． 最 ９ ２
收稿 日期 ：０ ００ ５ ２ １—５１ 张 国立 （ ４ ： ， 士 生 ， 要研 究 领 域 为 传 热 传 质 及 热 流体 力 学 １ ８ 一）男 硕 ９ 主
第 ３ ４卷 第 ５期
２１ ０ ０年 １ Ｏ月
武汉 理工大 学学 报 （ 通科 学与工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｙ
泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响
第42卷第3期2021年6月Vol.42,No.3June,2021泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响文章编号:0253-4339(2021)03-0073-04doi：10.3969/j.issn.0253-4339.2021.03.073泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响胡海涛赖展程赵雅鑫李孟山(上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240)摘要随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注，泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优点，可以强化流动沸腾换热的效果。
本文在实验工况为孔密度10~40PPI，干度0.1~0.9，质流密度90~180kg/(m2•s),热流密度12.4~18.6kW/m2的条件下，研究了表面润湿性为未改性和疏水改性的泡沫金属管内制冷剂流动沸腾换热的情况。
结果表明：40PPI泡沫金属管比10PPI泡沫金属管的沸腾换热表面传热系数最多增大了96%；随着干度、质流密度和热流密度的增大,泡沫金属管内流动沸腾换热表面传热系数最多分别增大74%、95%以及48%；疏水改性增加了泡沫表面的成核点数，与未改性相比可以使传热系数增大10%~30%o关键词流动沸腾;泡沫金属;孔密度;换热中图分类号:TK124；TB64文献标识码：AEffect of Metal Foam Structure on Flow BoilingHeat Transfer CharacteristicsHu Haitao Lai Zhancheng Zhao Yaxin Li Mengshan(Institute of Refrigeration and Cryogenics,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai,200240,China)Abstract With the development of aeronautics and astronautics,more and more attention has paid to efficient heat transfer inside a tube. Metal foam has a large specific surface area and high thermal conductivity,which are suitable for enhancing the flow boiling heat transfer. In this study,the effect of the metal foam structure on the flow boiling heat transfer in tubes was studied experimentally.The experimental conditions covered a pore density of10-40pores per inch(PPI),vapor quality of0.1-0.9,mass flux of90-180kg/(m2•s),and a heat flux of12.4-18.6kW/m2,and the wettability of the hydrophobic or uncoated surfaces.The experimental results show that the heat transfer coefficient of the40PPI metal foam tube is up to96%higher than that of the of the10PPI metal foam tube.With an increase in vapor quality,mass flux,and heat flux,the flow boiling heat transfer in the metal foam filled tube is increased by a maximum of74%,95%, and48%,respectively,and hydrophobic modification increases the number of nucleate sites on the metal foam surface,resulting in a heat transfer enhancement of10%-30%.Keywords flow boiling；metal foam；pore density；heat transfer强化传热是航空航天领域的重要问题=2］。
泡沫金属结构对排水性能的影响
泡沫金属结构对排水性能的影响赖展程;胡海涛;庄大伟;丁国良【摘要】泡沫金属具有超大比表面积，应用在除湿领域有很大潜力；保证泡沫金属表面冷凝液滴的及时排出是开发泡沫金属除湿换热器的关键，因此必须明确泡沫金属的排水性能。
通过动态浸入实验，研究了3种不同润湿性下泡沫金属结构特性对排水性能的影响。
研究结果表明：泡沫金属的孔密度越大，孔隙率越低，重力方向高度越大，排水性越差；疏水改性下5～40PPI 泡沫金属的排水性能增强，残余水量减少26%～60%；亲水改性下5～10PPI泡沫金属的排水性能增强，残余水量最多降低23%，但15～40PPI 泡沫金属的排水性能减弱，残余水量最多增大13%。
%Metal foam has very large specific surface area, and it has great potential in dehumidification. The key for designing metal foam heat exchanger for dehumidification is to promote the drainage performance of metal foam. The influence of structure factors on drainage performance of metal foam with three different surface wettability was investigated by dynamic dip test in this study. The results showed that, the drainage performance was deteriorated with the increase of pore density or height and promoted with the increase of porosity. For hydrophobic samples, the drainage performance of 5—40PPI metal foams was promoted, while water retention was reduced by 26%—60%. For hydrophilic samples, the drainage performance of 5—10PPI metal foam was promoted with the maximum reduction of water retention of 23%, while the drainage performance of 15—40PPI metal foam was deteriorated with the maximum increment of water retention of 13%.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)007【总页数】5页(P2756-2760)【关键词】除湿;泡沫金属;结构;排水;多孔介质;流动【作者】赖展程;胡海涛;庄大伟;丁国良【作者单位】上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TK124除湿是保证环境空气品质、抑制细菌滋生、防止物质腐蚀霉变的重要手段[1]。
金属泡沫填充式电子器件散热器换热特性实验研究1
西安科技大学硕士学位论文金属泡沫填充式电子器件散热器换热特性实验研究姓名：秦江涛申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：赵建会@论文题目：金属泡沫填充式电子器件散热器换热特性实验研究专 业：安全技术及工程硕士生：秦江涛 （签名） 指导教师：赵建会 （签名）摘 要随着工业装备技术和航空航天科技的迅猛发展，高性能工程材料的设计与制备变得更为重要。
开孔金属泡沫作为超轻多孔金属材料的一种，因其密度小，比表面积大，骨架结构部分热传导系数高，并具有较好的冷媒介质流动性能，经常被用作航空设备中的紧凑型热交换器和大功率电子设备的散热装置中。
集成化、小型化和功率密度不断增加是电子设备发展的趋势，然而散热问题成为制约其发展的主要瓶颈之一。
合理优化设计电子设备的散热装置，改善电子设备内部流场，从而有效的降低关键元器件的温度，提高电子设备的稳定性和使用寿命，成为电子设备设计人员广泛关注的课题。
本文设计并搭建了用于电子器件散热的金属泡沫填充式散热器性能实验研究系统，对空气流过金属泡沫散热器的对流换热进行了实验研究，所研究的金属泡沫为孔隙率为30ppi的泡沫铜、30ppi泡沫铜镍和70ppi的泡沫镍。
研究了相同孔隙率下；不同空气流速、不同孔密度金属泡沫填充式电子散热器件的散热性能。
研究结果表明：随着流速的增大，空气流经金属泡沫填充式电子散热器件的对流换热能力增大，在摩擦阻力增大的同时平均对流换热系数也增大，而功率对对流换热强度的影响很小；70ppi金属泡沫镍填充的电子散热器件因其具有较大的比表面积，因而散热性能瞬态散热效果优于30ppi金属泡沫镍和30ppi金属泡沫铜镍填充电子散热器件；在给定的流速下，由于30ppi金属铜和30ppi铜镍的孔径的阻力降远远小于70ppi金属泡沫镍；在同样阻力降的条件下，70ppi金属泡沫填充式散热器的散热性能不如30ppi 金属泡沫散热器；且30ppi金属泡沫铜的导热性能优于30ppi金属泡沫铜镍；经对比分析，30ppi金属泡沫铜填充式电子散热器件的综合换热性能最好。
不同加热功率下自然对流和辐射换热的研究实验报告
不同加热功率下自然对流和辐射换热的研究实验报告上周五，老师给我们看了一篇实验报告。
在这篇报告中，老师不仅展示出他那丰富的知识和渊博的学问，而且还充分体现出他那独特的幽默风趣。
由于课文没有什么特别之处，所以就不讲解了。
但是当时对我的启发却很大：生活真是无奇不有啊！为此，我专门写了下面这篇《自然对流与辐射换热》实验报告，来记录它带给我的感受和收获。
说到这里，你可能会觉得很奇怪：为什么要谈“这个”？事情是这样子滴：老师经常喜欢叫我们做各种实验，其中有一项就是研究温度对物质的影响——对流、传导、辐射。
我第一次听到这个词语，心里就觉得非常好玩，因为它们都跟气体有关，于是我也在纸上画了一个简单图案，叫做“泡沫”。
没过多久，这张泡沫图片就被同桌弄坏了。
她用胶布把上面的小洞补起来，只留下一个黑点作装饰品，当作飞机的眼睛，结果就变成了“黑乎乎的小鸟”（指后面的装饰）……这件事让我明白，每一个字、词、句都蕴含着深刻的道理，都需要去细心地观察，认真地思考，才能够懂得它的内涵，并从中汲取营养，使人进步。
不然的话，又怎么会产生共鸣呢？我想，科学家和老师肯定也是如此吧。
为了探索温度对物质的影响，科学家们通过各种方法测量空气温度。
他们首先选择的是加热空气，希望能找出不同加热功率下对流和辐射换热的规律性。
他们利用温度计和摄氏温标来控制温度。
一开始，工作人员在蒸汽锅炉前放置一块黑色金属板，上面覆盖黑布，紧接着又铺设木板；等待冷凝水滴落在木板上，将两者温差计读数调整相同。
工作人员依次调节，记录下各阶段的温度值。
工作人员注意到，随着加热功率增加，每隔几秒钟就会有新的液滴从木板上掉落。
他们还观察到，即便保持一直对着摄氏温标表，仍会在不同温度区间转移。
另外，每个瞬间都存在加热和冷却的情况。
虽然他们努力想搞清楚温度梯度是如何形成的，但最终一无所获。
在那个年代，缺乏先进的仪器设备，更重要的是当时科技尚未达到能把物质加热到高温程度的能力。
湿工况下泡沫金属内换热和压降的数值模拟和实验验证
湿工况下泡沫金属内换热和压降的数值模拟和实验验证翁晓敏;高扬;许旭东;庄大伟;胡海涛;丁国良【摘要】The application of metal foam in the airside of heat exchanger has the potential to improve the heat transfer performance under wet conditions. In order to know the heat, mass transfer and pressure drop characteristics of wet air in metal foam, numerical models for water droplet formation, growth and movement are developed. The mass transfer rate model for droplet formation is based on the heterogeneous nucleation rate and critical nucleation radius of droplet; the mass transfer rate model for droplet growth is based on the species conservation of water vapor on phase interface between the droplet and moist air; the contact angle model of the droplet under combined effects of gravity and air forces is based on the force analysis of droplets on the ligament. The models of mass transfer rate during water droplet formation and growth processes and the model of contact angle are reflected in the continuity, momentum and energy conservation equations as the mass source term and momentum term, which realizes the simulation for the water droplet formation, growth and movement processes in metal foam. The experimental validation of the proposed model shows that, the maximum deviations of the heat transfer rate and pressure drop between the simulation results and experimental data are 11.9% and 17.7%, respectively.%泡沫金属应用到换热器空气侧有望提高析湿工况下的换热性能。
梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性分析
梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性分析王会; 郭烈锦; 刁永发【期刊名称】《《西安交通大学学报》》【年(卷),期】2019(053)011【总页数】6页(P85-90)【关键词】梯度渗透率; 金属泡沫; 综合换热性能【作者】王会; 郭烈锦; 刁永发【作者单位】东华大学环境科学与工程学院 201620 上海; 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室 710049 西安【正文语种】中文【中图分类】TK124随着经济和社会的发展,人类对能源的需求日益增加,目前人类面对着空前的能源危机。
在工业生产中,换热设备向着更加高效、更加紧凑的方向发展。
金属泡沫具有比重轻、比表面积大、导热系数高、强度高等优点,是近些年发展起来的新型多孔材料,其内含有贯通的导热网络,是优秀的强化传热介质[1]。
在工业应用中,通常采用单一渗透率完全填充的方式,将金属泡沫填满换热管的内部空间,以提高换热效率。
Calmidi对平板通道完全填充铝泡沫后的传热和流动参数进行了测量,整理得到了预测金属泡沫有效导热系数的经验关联式[2]。
国内方面卢天健和赵长颖是最早开始研究金属泡沫内流动传热特性的学者,提出了金属泡沫立方体孔胞简化模型,并开展了大量的实验和数值模拟研究[3-4]。
徐会金等对金属泡沫导热、对流以及辐射传热的最近研究进展进行了详细的综述[5]。
本文作者对管内完全填充不锈钢金属泡沫的换热管在对流换热边界条件下的传热特性进行了实验研究,研究表明金属泡沫管的换热性能受边界条件的影响较大,金属泡沫可以有效提升换热管的换热性能,但也极大地增大了流动压降[6-7]。
为了减小金属泡沫管的压降,学者们提出了部分填充的概念。
部分填充又分为两种填充方式,一种是只在管中心区域填充金属泡沫,而在靠近壁面处不进行填充。
Mohamad采用平衡模型对这种部分填充泡沫管内的传热和流动特性进行了数值模拟,研究结果指出部分填充管的压降明显低于完全填充管[8]。
Mahmoudi等采用同样的填充方式,对部分填充换热管的性能进行了研究[9-13]。
泡沫金属换热器压降与换热特性的实验研究
泡沫金属换热器压降与换热特性的实验研究张国立;杨立;孙丰瑞【摘要】为研究泡沫金属应用于换热器的压降与换热特性,建立了一整套用于测试泡沫金属换热器的实验系统.实验结果表明孔密度为20PPI、孔隙率为90%的泡沫铜应用于换热器时换热性能有了很大的提高,在相同入口温度条件下温降约为光管时的3～4倍,同时压降也有一定程度的增加.分析了泡沫金属换热器产生压降及换热性能提高的主要原因.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2010(034)005【总页数】4页(P986-989)【关键词】泡沫金属;压降特性;换热特性;换热器【作者】张国立;杨立;孙丰瑞【作者单位】海军工程大学动力工程系,武汉,430033;海军工程大学动力工程系,武汉,430033;海军工程大学动力工程系,武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】TK124国内外对泡沫金属强化换热的研究通常要考虑阻力特性和传热特性.对于开孔泡沫金属，阻力特性和传热特性受多种因素的影响.Crosnier等［1］对孔径不同的泡沫金属的阻力特性进行了试验.Kim等［2］以水为冷却介质对泡沫金属翅片的摩擦阻力进行了研究，对铝金属泡沫翅片的换热性能与传统翅片做了比较.Salas等［3］最近对金属泡沫沿流动方向的厚度进行了研究.Lu等［4－5］对12种钢合金和铜合金金属泡沫中的空气冷却对流换热器进行了实验及理论研究.Boomsma等［6－7］以水为冷却介质，在强制对流的情况下，对不同的泡沫金属样品的换热情况进行了比较.Zhao等［8］在真空和常压环境下，对不锈钢泡沫金属的自然对流进行了实验和数值模拟分析.Phaviknmar等［9］也对高孔隙率泡沫金属进行了实验研究.W.Azzi等［10］对喷气发动机中应用泡沫金属的压降与传热特性进行了研究.本文将泡沫金属插入圆形管道内使其成为热量的载体，通过管道外的冷却水来降低流经泡沫金属的高温气体的温度，目前还未见有这样的实验研究.为了测试泡沫金属换热器的流动与换热特性，建立了一整套泡沫金属换热器排气降温的系统，对不同条件下泡沫金属换热器的阻力特性和换热特性进行了测试.最终得出了泡沫金属换热器的工作特点.1 实验设备简介本实验系统共分4个部分，包括：高温气体产生装置、泡沫金属换热器、冷却水系统、测量及数据采集系统.实验装置的整体布置如图1所示.实验中通过调节风机的流量，改变电加热器的加热量，改变泡沫金属在换热器内的布置这3种方法来达到不同的实验条件.图1 实验系统示意图1.1 高温气体产生装置实验中采用的风机型号为台湾东尼2281，功率为600W，最大直径2.8mm2.此风机有8个工作档，根据实验需求可以通过调节风机的档来达到不同的气体流速.电加热器的额定功率为4 kW，2个电加热器由10个电加热丝组成，电加热装置采用循环型的流道布置，气体流经此加热装置能够得到充分的加热，最高温度可达190℃.2台变压器的型号相同，调压范围为0～250V，最大电流为12A.通过调节变压器的电压可以可以改变电加热器的加热量，从而可以调节气体的温度，为了实验设备能够稳定运行，在调压过程中将加热后的气体温度控制在150～160℃. 1.2 泡沫金属换热器泡沫金属换热器的材料为铝，两端用法兰连接.泡沫金属换热器的参数为：长205mm，内径为99mm，冷却水套的厚度为8mm，换热器内外壁的厚度均为2mm，法兰内径为99mm、外径为147mm、厚为7mm，法兰上均匀布置16个直径为6mm的圆孔用来连接前后端.在换热器内部插入孔密度为20PPI，空隙率为90%的泡沫铜30片，每片泡沫铜的直径为100mm、厚度为6mm.在泡沫金属换热器两端距离法兰30mm处个安装有直径为8mm的入水口和出水口.1.3 冷却水系统冷却水系统由管道、流量计和自来水组成.实验中采用自来水为冷却水源，直接向换热器中输水，水的流量及流速由自来水阀门控制.在自来水管道出口与换热器入水口之间加装一个金属管浮子流量计.流量计的参数为：精度2.5级，流量范围10～100L／h，工作压力小于等于6.3MPa，工作环境温度－40～65℃.1.4 测量及数据采集系统流速的测量采用加野6004热线式风速仪和笛形管测速计，动压差和静压差的测量采用皮托管.笛形管、动压差和静压差的数据通过准确度为0.5级的差压变送器来采集.温度的测量采用铜康铜T型热电偶.差压变送器及温度的数据采集使用美国Agilent Technologies公司生产的Agilent 34970A数据采集系统，采集的数据传输至电脑保存.2 测试方法及数据处理2.1 测试方法为了比较泡沫金属对换热器阻力及换热特性的影响，将测试分为两组，一组为不加泡沫金属的换热器，另一组为泡沫金属换热器.换热器的前端和后端都安装有延长段来保证流体进入和流出换热器时能够达到稳定.在换热器的入口侧沿直径由上至下均匀布置5个热电偶，出口侧沿直径由上至下均匀布置9个热电偶.在换热器的入水口和出水口各布置一个热电偶，换热器的前端延长段中间1 500mm处安装一个笛形管测速计，在前端和后端40mm处各安装一个皮托管，最后通过Agilent 34970A数据采集系统将数据记录至电脑.调节风机的工作档得到5个不同的气流速度，调节2个变压器的电压使得换热器入口温度在一相对稳定的范围内，待风机和加热器工作一段时间后流动和换热达到稳定再开始数据采集.2.2 实验数据处理笛形管测速计是皮托管的一种，与普通的皮托管略有差异但测速原理是相同的，在进行实验前需对笛形管测速计进行标定.通过测量流体的总压p0和静压p，或压差来进行流速计算时，应做适当的修正.为此引入皮托管的校准系数即实验进行前在换热器中没有泡沫金属的状态下利用加野6004热线式风速仪测量3组数据，同时在测量的过程中采集笛形管测速计的差压数据，利用式（1）计算出3组ζ然后取平均值，最终算得的ζ＝0.699.差压变送器的量程为0～3 000Pa，数据采集器采集的电流信号为4～20mA，换算得数据为187.5Pa／mA.由以上数据及公式，笛形管、皮托管所测量出来的压差信号可通过计算得到所需的速度和压力差值.3 结果分析3.1 阻力性能分析实验分别对未加入泡沫金属的换热器和泡沫金属换热器在不同流速下的阻力特性开展研究，记录了两种情况下换热器入口和出口的静压差和动压差，据此分析换热器的压降特性.由图2可见随着流速的增加2种形式的换热器的动压差、静压差都是逐渐增大的，且泡沫金属换热器的压降远大于无泡沫金属的换热器.图2 压差随流速的变化图开孔泡沫金属的内部具有连续贯通的三维多孔结构，孔的排列无规则，但孔密度和孔隙率是一定的.管内插入泡沫金属后气体的流动路线发生了极大的改变，流动空间迅速减小，致使气体流过换热器时产生极大的阻力，流体从中间流过时惯性阻力和形状阻力是产生压降的主要原因.由于阻力的作用，加入泡沫金属后流体在管内的速度分布由原来的近似抛物线分布变成速度较均匀的分布，管壁与管中心的速度分布差值变小，最终导致了较大的压力损失.分析图3还可知无论是泡沫金属换热器还是无泡沫金属的换热器，动压差的值均小于静压差的值，但同一形式的换热器动压差和静压差相差不大.从图中曲线发展的趋势可以看出在不同的流速下泡沫金属换热器的压降都比无泡沫金属时大很多，两者并不在一个数量级上，无泡沫金属的情况下压降几乎可以忽略.图3 温度降随流速的变化图3.2 换热性能分析表1、表2列出了换热器在水流量为80L／h，室温为36℃的条件下各项运行参数. 表1 无泡沫金属时换热器的参数表气体速度／（m·s－1）气体入口温度／℃ 气体出口温度／℃ 水入口温度／℃ 水出口温度／℃4.125 156.968 3 149.202 631.531 4 32.174 2 4.832 158.217 3 150.720 9 31.542 4 32.281 1 4.954 159.077 1 151.981 2 31.566 9 32.285 2 5.807 163.416 5 156.750 1 31.432 3 31.923 5 5.950 160.246 6 153.729 0 31.571 1 32.301 3表2 泡沫金属换热器的参数表气体速度／（m·s－1）气体入口温度／℃ 气体出口温度／℃ 水入口温度／℃ 水出口温度／℃3.545 157.736 9 132.087 2 28.752 9 33.725 3 4.211 159.459 9 136.153 8 28.777 1 33.956 7 4.575 161.980 9 141.007 7 28.819 4 34.573 1 5.634 161.970 4 143.947 5 28.856 0 34.860 05.753 168.726 3 150.029 7 28.669 1 35.360 4由图3可见高温气体流经无泡沫金属的换热器时温降在7℃左右，且随着流速的增加气体流经换热器的降温效果是变差的；高温气体流经泡沫金属换热器时温降在18～26℃不等，随着流速的增加泡沫金属换热器的换热效果总体趋势也是变差的.从以往的实验及理论的研究中可以看到气体与固体间对流换热热阻非常大，增强气体与固体间的换热是非常困难的.可见在流速相近的情况下泡沫金属换热器的换热效果要比不加泡沫金属的换热器好很多.管内插入泡沫金属主要是以降低排气的温度为目的，泡沫金属中的传热过程由两部分构成：金属骨架本身的热传导以及金属表面间的对流换热.泡沫金属的加入提高了金属表面与流体间的对流换热，即通过提高结构的比表面积增加单位体积内的对流换热面积.同时由于泡沫金属的存在使得流体流经泡沫金属时速度变的较为均匀，从而改变了速度场与温度场的协同程度强化了换热.另外从图3中可以明显的看到泡沫金属换热器中第五个点的温降高于第四个点的温降，综合表2的数据可以得知第五个点的气体入口温度高于第四个点的气体入口温度，但2个点的速度相差不大，可见入口温度的高低对换热器的换热效果也有一定的影响，入口温度越高换热效果越好.利用公式Q＝mcpΔt验证气体和水的换热量可知，气体的换热量略大于水的换热量.产生这种情况的主要原因是换热器的前后端都安装有延长段，其材料为铁，由于铁与铝之间的热阻很小热量传递很快，因此有一部分热量从换热器的两端散失了. 为了研究水流量对高温气体降温的影响，在流速为5.753m／s的情况下，分别测量了冷却水流量为80L／h和500L／h时的换热效果.由表2可知在冷却水流量为80L／h时气体进出口温差为18.696 6℃；测量得冷却水流量为500L／h时气体进出口温差为19.275 8℃；两者相差并不大.可见换热器水侧的换热已经十分充分了，再提高水的流量意义不大.4 结论1）泡沫金属换热器用来降低高温气体的温度能起到很好的效果，气体的流速越低、温度越高降温效果越好.2）泡沫金属换热器水侧的换热是十分充分的，增大水的流量意义不大.3）泡沫金属换热器在提升换热效果的同时带来了较大的压力损失，在实际应用时要权衡利弊进行选择.参考文献［1］Crosnier S，Riva R，Bador B，et al.Modelling of gas flow through metallic foamspresented［C］／／Alpexpo－Alpes Congrés，Grenobel，France：1st European Hydrogen Energy Conference.2003.［2］Kim S Y，Paek J W，Kang B H.Flow and heat transfer correlations for porous fin in a plate－fin heat exchanger［J］.Journal of Heat Transfer，2000，122：572－578.［3］Salas Ken I，Waas Anthony M.Convective heat transfer in open cell metal foams［J］.Journal of Heat Transfer，2007，129（9）：1217－1229. ［4］卢天键，何德平，陈常青，等.超轻多孔金属材料的多功能特性及研究［J］.力学进展，2006，36（4）：517－535.［5］Lu T J，Valdevit L，Evans A G.Active cooling by metallic sandwich structures with periodic cores［J］.Progress in Materials Science，2005，50：789－815.［6］Boomsma K，Poulikakos D，Zwick F.Metal foams as compact high performance heat exchangers［J］.Mechanics of Materials，2003，35：1161－1176.［7］Boomsma K，Poulikakos D.The effects of compression and pore size variations on the liquid flow characteristics in metal foams［J］.Journal ofFluids Engineering，2002，124：263－272.［8］Zhao C Y，Lu T J，Hodson H P.Natural convection in metal foamswith open cells［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2005，48：2452－2463.［9］Phanikumar M S，Mahajan R L.Non－darcy natural convection inhigh porosity metal foams［J］.Int.Journal of Heat and Mass Transfer，2002，45：3781－3793.［10］Azzi W，Roberts W L，abiei A R.A study on pressure drop and heat transfer in open cell metal foams for jet engine applications［J］.Materials and Design，2007，28：569－574.。
湿空气在泡沫金属内析湿过程的换热与压降特性影响因素分析
（ 上海交通大学制冷与低温工程研究所 ，上海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
摘要 ：实验研 究了湿 空气在泡 沫金属 内流动析湿过程的换热和压降特性，分析了不同因素的影 响规 律。研究结果 表 明：随着入 口空气相对湿度 的增 大，凝结 水增 多，使泡沫金属 的换热量和压 降均增大 ；当入 口相对湿度从 ５ ０ ％ 增大到 ９ ０ ％时 ，换热量和压 降最大增加 了 ６ ７ ％￣ Ｉ １ ６ ２ ％；随着入 口空气温度的升高 ，泡沫金属换热量和压降增大； 随着冷却水温度的升高 ，泡沫金属的换热量和压降均下降 ；随着孔密度的增大 ，压降增大 ，但 由于受到凝结水影 响，总换热量会 先减小后略有增大；泡沫金属的迎风高度越大，总换热量和压降越大。
第６ ６卷 第 ５期 ２ ０ １ ５ 年 ５ 月
化
工 学
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湿 空气在泡沫金属 内析湿过程 的换热 与压 降特性影 响因素分析
关键词：泡沫金属 ：湿空气 ；流动；析湿 ；传热 ；压降 ；实验验证
ＤＯＩ ．１ ０ ． １ １ ９ ４ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ４ ３ ８ － １ １ ５ ７ ． ２ ４
文献标志 码：Ａ
文章编号 ：ｏ ４ ３ ８ —１ １ ５ ７（ ２ ０ １ ５ ）Ｏ ５ 一ｌ ６ ４ ９ —０ ７
ｒｏ ｄ ｐ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ． Ｈｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｅ ｒ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｒｏ ｄ ｐ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｗｉ ｈ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ
基于场协同原理的泡沫金属热沉流动换热特性模拟
基于场协同原理的泡沫金属热沉流动换热特性模拟张东辉;吴明发;张凤梅;孔为【摘要】泡沫金属具有非常大的比表面积和良好的导热性能.为研究不同冲刷方式下泡沫金属的换热特性,建立三维矩形泡沫金属换热模型.通过数值模拟,分析两种不同冲刷方式对泡沫金属热沉特性的影响,以及泡沫金属孔隙率、孔密度、流速对其换热性能的具体作用.模拟结果表明:垂直冲刷方式下,加热面温度均匀性、系统热阻和表面换热系数等换热特性明显优于水平冲刷方式,这与场协同原理是基本吻合.其受热面温度分布均匀性也优于水平冲刷,这是由于在垂直冲刷下,温度场与流场的协同特性得以很大改善所致.文中研究范围无论何种冲刷方式,泡沫金属热沉的换热性能受孔隙率影响较大,孔密度的影响次之,但孔隙率和孔密度对系统压降均起很大作用,流动阻力也随之增大;在相同的孔密度和来流流速条件下,随着孔隙率的增加,Nu 数先增大后减小,存在最优孔隙率,当孔隙率处于0.7～0.8范围时,两种冲刷方式下换热性能最好.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】6页(P45-50)【关键词】泡沫金属;对流换热;场协同原理【作者】张东辉;吴明发;张凤梅;孔为【作者单位】江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TK223.3下一代电子芯片的散热热流密度将会超过100 W/cm2数量级.传统的肋片散热方式难以处理如此高的热流密度，因此研究更有效的紧凑型散热器变得非常重要，它在性能方面主要有3个方面的要求：①流动阻力损失小，从而泵功消耗变小；②冷却换热速率高；③温度分布均匀性好.为进一步增加紧凑式换热器的传热面积密度，可应用微通道换热器等，但其制造成本非常昂贵.以多孔金属作为传热媒介的换热器，由于性价比高以及加工制造的相对方便，已成为第五代散热器的重要侯选对象.这就涉及多孔金属流动换热特性的研究［1－2］.在泡沫金属水冷换热实验研究方面，文献［3］以水为冷却介质，泡沫铝样品大小为长40 mm，宽40 mm，厚2 mm.实验进行的体积流量分别为（0～60 L/h）和（60～300 L/h），相应流速分别为（0～0.21 m/s）和（0.21～1.04 m/s），研究发现：孔隙率在0.7～0.8左右和孔密度在40～60 ppi时，流动阻力和换热性能达到最佳的平衡点，其综合性能高出现有的板式换热器约一倍左右.文献［4］针对0.88孔隙率的泡沫铜，孔密度分别为30，60，90 ppi，研究发现：多孔金属流动换热最大Nu数可达空矩形通道的13倍，但与空通道相比，泡沫金属通道的压力降显著增大，其样品尺寸长52 mm，宽8 mm，厚3 mm，流动工质为水，当加热功率32 W/cm2和质量流量是13.6 L/h时，加热壁面中心温度比光管降低了30℃，此实验的流动Re数为100～1 700之间.文献［5］对比了不同孔隙率和孔密度的泡沫铜的散热性能，其孔隙率为0.6、0.7、0.8和0.9，孔密度分别为60和100 ppi，将泡沫铜粘合在铜板上构成散热器，研究发现：对于孔隙率0.8、孔密度为60 ppi的泡沫铜热沉，在流量为36 L/h时，热阻可达到0.3 K/W，而压降则为10 kPa；而对于孔隙率0.9、孔密度为100 ppi的泡沫铜热沉，热阻可达到0.35 K/W.上述优选的泡沫金属散热综合性能甚至超过一般的微通道散热器，但其在水冷系统实验中，水流方向平行于换热面，依据场协同原理，在速度场、温度梯度分布一定的条件下，二者之间的夹角（场协同角）影响对流传热强度，夹角越小，传热强度愈高，水流流动方向与温度梯度方向呈90°左右，这对于换热强化并非有利.文献［6］提出了垂直冲刷带装满玻璃球的加热面新的冷却方式，研究结果表明：当水流方向平行于带多孔介质的换热面时，Nu数与Re数0.5次方成正比；若改为垂直冲刷，Nu数近似与Re数一次方成正比，这大大改善了水冷换热效果.依据场协同原理，垂直冲刷情况下，水流流动方向与温度梯度方向呈0°左右，这是非有利于流动换热的强化.但文献［6］中实验采用的是导热性能不佳的玻璃球，如改用导热性能极佳的泡沫金属，会进一步提高水冷换热效果.目前泡沫金属模拟研究主要有两类方法：连续介质模型和非连续介质模型.①连续介质模型通过定义微元控制体积，忽略具体孔隙结构分布和复杂固体边界面的影响，求解包含平均孔隙率的Navier-stokes方程组（质量守恒、动量、能量方程），但因结构的概化，难以清晰考虑结构与宏观特性的关联.文献［7］在均化孔隙结构的假设上，采用有限差分法，对泡沫金属的流动换热性能进行了模拟；文献［8］对周期性的网状泡沫金属结构，采用软件进行类似的分析.②非连续介质模拟主要以泡沫金属的微观结构信息为基础，文献［9］应用相应泡沫金属样品的结构信息对其渗透率进行了测算，并与实验进行了比较；文献［10］在结构信息的基础上对质扩散率与热扩散率进行了模拟分析；文献［11］通过数值模拟分析了空气流过泡沫金属的热性能.非连续介质模拟方法尽管计算精度大大提高，但是泡沫金属样品结构信息的获取却代价昂贵，且对于尺寸较大的样品，为保证计算精度，需极高的存储量等.而连续介质模拟方法相对简易，因而仍被广泛应用，例如Ansys-Fluent软件的Porous模块也基于这种方法.在实际中一般都是采用与加热面平行的入流方向，但根据场协同原理，如果将入流与加热面垂直布置，可能会获得更佳的冷却效果.文中采用Ansys-Fluent模拟软件，系统研究了入流方向、水流流速、孔隙参数（孔隙率和孔密度）对热沉热阻、压降以及加热面温度均匀性的的具体影响，为其实验研究和应用打下基础.两种不同入流方式下泡沫金属热沉三维计算模型如图1，计算区域为矩形泡沫金属，尺寸为12 mm（长）×12 mm（宽）×2 mm（高）.图1a）为垂直冲刷，水由下表面进，然后左右面流出，速度为u的强迫流动；图1b）为水平冲刷，水从由左面进，然后从右面流出.水流入口温度设为300 K，上表面为加热面，加热功率为100 W.模拟中采用如下假设：1）由于流体流动是强迫对流，忽略其自然对流效应，同时忽略骨架之间的热辐射效应；2）泡沫金属是均匀且各向同性的，流体换热过程中不发生相变.由于泡沫金属对水流的强烈扰动，使得流动在很小的Re数下就转为湍流状态，因而模拟中采用湍流模型，相应的控制方程［12］如下：采用标准k－ε方程对上述主控方程中脉动项进行封闭：模拟网格数为105，并进行网格无关性检验.由于加热面附近速度梯度和温度梯度均非常大，因此网格需在加热面附近进行加密.速度压力耦合求解采用SIMPLE算法，离散方程采用有限容积法和二阶差分格式，各计算量相对误差控制在10－5以内.水在泡沫金属内的流动阻力主要包括两部分：摩擦阻力和惯性阻力，由修正达西公式［13－14］给出：式中：K为渗透率，CF为惯性系数，相关参数参见文献［5］，如表1.2.1 水流流速对泡沫金属热沉性能的影响不同入口流动方向对受热面温度分布会产生很大影响，图2模拟中的上端面为加热面.虽然垂直冲刷模式下（图2b））受热面的最高温度略高于水平冲刷，但其温度分布均匀性明显优于水平冲刷模式.水平冲刷模式下，加热板温度从左到右逐渐升高，这与通常的规律是一致的；而在垂直冲刷模式下（图2a）），加热板高温区温度分布呈“双酒杯型”.泡沫金属中心纵切面温度分布如图3.在垂直冲刷模式下（图3a）），可以清楚地看到：温度梯度的方向由下至上，与入口流场方向夹角几乎成0°左右，根据场协同理论，温度场和速度场的协同非常好，场协同角几乎在0°左右，因此有利于对流换热强化；而在水平冲刷模式下（图3b））可以看到温度梯度的方向是近似于水平方向，与入口流场方向夹角约成90°左右，根据场协同理论，场协同角越小，换热强度越好，但在此种冲刷方式下，温度场和速度场的协同并不太好，故对流换热强化效果受到削弱.两种冲刷模式（1—垂直冲刷，2—水平冲刷）下热阻随流速的变化关系如图4，泡沫金属样品孔密度分别为60 ppi和100 ppi（孔隙率是0.9）.由图4可以看到：当增大冷却水流速，泡沫金属热沉热阻减小，换热器换热性能提高；但当冷却水流速大于0.6 m/s时，热阻趋于稳定值，而流动阻力却在不断上升，所以单纯依靠增大流速的方法来提高热沉热阻并不可行.在同样的孔隙率下，孔密度对热阻影小较小，孔密度的增大会使热阻略有下降，但却造成流动阻力的迅速上升，因而会存在最优值.由图4可以得出：垂直冲刷方式下的热阻明显小于水平冲刷，热沉室的换热性能明显优于水平冲刷.压降随流速的变化关系则如图5.随着流速的增大，压降几乎是呈线性增加；相同孔隙率条件下，孔密度越大（即孔径越小），比表面积越大，压降越大；因此对流换热系数的提高，是以压损增加为代价的，这意味着泵功损耗也增大.如图6为换热Nu数随Re数的变化关系，泡沫金属样品孔密度仍然分别为60 ppi 和100 ppi（孔隙率是0.9）.从图中可以看到，Nu数随着Re数的增加而增大，说明其换热性能的升高，且相比水平冲刷，垂直冲刷情况下Nu数上升更快.在相同的冲刷方式下、同一孔隙率、同一Re数下，随着孔密度ppi的增加，换热器的换热性能升高，是因为金属泡沫固体骨架的直径相应减小，引起流体和固体界面之间的比表面积增加，从而强化了流体和固体之间的换热.从图6可以得出：垂直冲刷时的换热性能明显优于水平冲刷时换热器的换热性能.其中Nu数和Re数的定义为：式中：kf为流体导热率；u为水流在空通道中的流速；U为达西流速；ppi为泡沫金属的孔密度；ε为孔隙率；d为泡沫金属的骨架直径，由文献［15］给出.2.2 孔隙率的影响泡沫金属热沉的热阻随孔隙率的变化趋势如图7，入口水流流速为0.1 m/s.相同孔密度下，热阻随孔隙率的增大而增大，但垂直冲刷热阻明显小于水平冲刷，这是由于在垂直冲刷下温度场与速度场的协同状态更佳所致.由图8的模拟结果可以发现：压降随孔隙率的增大而减小，在60 ppi孔密度下，垂直冲刷情况下的压降明显与水平冲刷非常接近，只是略高于后者；但在100 ppi孔密度下，垂直冲刷压降较水平情况高出很多.不同的孔密度对换热特性影响较小，但对压降影响较大，相同孔隙率下，孔密度越大（孔径小），泡沫金属压降越大.由图9可见，相同孔密度条件下，Nu数均随着孔隙率的增大先增大后减小.这是因为孔隙率过小或过大意味着固体骨架比例减少，单位体积的比表面积变小，导致换热能力的下降；然而随着孔隙率的增大，泡沫金属的换热有一最大值，当孔隙率为0.8时，泡沫金属的换热性能最好.针对泡沫金属热沉，文中对比分析了不同冲刷方式的流动换热性能，结论如下：1）垂直冲刷方式下泡沫金属的换热性能明显优于水平冲刷方式，其受热面温度分布均匀性也优于水平冲刷，这是由于在垂直冲刷下，温度场与流场的协同特性得到很大的改善；2）文中研究范围内，无论何种冲刷方式，泡沫金属热沉的换热性能受孔隙率影响较大，孔密度的影响次之，但孔隙率和孔密度对系统压降均起很大作用，流动阻力也随之增大；3）在相同的孔密度和来流流速条件下，随着孔隙率的增加，Nu数先增大后减小，存在最优孔隙率，当孔隙率处于0.7～0.8范围时，两种冲刷方式下换热性能最好. 综上所述，与水平入流方式相比，在垂直入流方式下，由于温度场和速度场的协同特性更好，场协同角更小，因此泡沫金属热沉散热冷却性能得以很大提升，这为其在实际领域的应用打下了基础.【相关文献】［1］卢天健，周期性多孔金属材料的热流性能［M］.北京：科学出版社，2010.［2］张东辉，石珊，王军，等.串列双圆柱绕流换热特性的数值研究［J］.江苏科技大学学报（自然科学报），2014，28（6）：563－569.ZHANG Donghui，SHI Shan，WANG Jun，etal.Simu-lation on convection heat transfer of in-line cylinders［J］.Journal of Jiangsu University of Science and Technology（Natural Science Edition），2014，28（6）：563－569.（in Chinese）［3］BOOMSMA K，POULIKAKOS D，ZWICK F.Metal foams as compact high performance heat exchangers［J］.Mechanics of 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泡沫铜水热反应
泡沫铜水热反应引言泡沫铜是一种轻质且具有优异导热性能的材料，广泛应用于热交换、散热器等领域。
泡沫铜的制备方法有多种，其中水热反应是一种常用且高效的方法。
本文将对泡沫铜水热反应进行全面探讨。
水热反应原理水热反应是指在高温高压水环境中，物质通过水的溶解和热力学条件的调控，发生化学反应的过程。
在泡沫铜的制备中，水热反应可通过还原剂与金属盐溶液的反应来实现。
泡沫铜水热反应步骤泡沫铜水热反应包括以下几个步骤：1. 配制反应溶液将金属盐溶液与还原剂按一定的配比在适当的溶液中进行配制。
常用的金属盐溶液有铜盐溶液，常见的还原剂有葡萄糖、乙酸等。
2. 反应条件控制水热反应需要一定的温度和压力条件。
通常情况下，反应温度为100-200摄氏度，压力为1-10 MPa，但具体参数会根据材料的需求和实际情况进行调整。
3. 反应过程监测在反应过程中，通过监测反应温度、压力和溶液的PH值等指标，可以控制反应的进程和效果。
同时，还需要根据实验需求不断调整反应时间。
4. 产物分离与烘干反应结束后，将产物从溶液中分离出来，通常采用离心或过滤等方法。
分离后的产物需要进行烘干处理，以去除残留的水分。
泡沫铜水热反应影响因素泡沫铜水热反应的效果受到多种因素的影响，包括但不限于以下几个方面：1. 反应溶液浓度金属盐溶液和还原剂的浓度对反应的速率和产物的形成有显著影响。
一般情况下，溶液浓度越高，反应速率越快。
2. 反应温度和压力反应温度和压力是调节反应速率和产物形态的重要因素。
适当提高反应温度和压力可以增加产物的致密度和孔隙度。
3. 搅拌条件搅拌条件对反应的均匀性和产物的形貌也有一定影响。
适当的搅拌可以提高反应均匀性，使产物具有更好的性能。
4. 反应时间反应时间是控制产物形成和性能的重要参数。
不同的反应时间可以得到不同形貌和性能的泡沫铜。
泡沫铜的应用泡沫铜由于其轻质、导热性能好等特点，被广泛应用于多个领域，包括：1. 热交换器泡沫铜可用作热交换器的散热材料，通过其优异的导热性能，可以更高效地传输热量。
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Advances in Porous Flow 渗流力学进展, 2016, 6(1), 1-8Published Online March 2016 in Hans. /journal/apf/10.12677/apf.2016.61001Experimental Investigation of NaturalConvection in Metal Foam-WaterZhao Peng, Yang Pan, Weiyang QianSchool of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang JiangxiReceived: Mar. 6th, 2016; accepted: Mar. 28th, 2016; published: Mar. 31st, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractIn this paper, an experiment apparatus filled with metal foam-water is set up to investigate the problem of natural convection about porous medium. A mechanism of natural convection of metal foam-water is investigated by experiments. Influences of heating power and angle of inclination on natural convection in the cavity filled with metal foam-water are discussed. It is found that the Nusselt number increases with heating power and decreases with the angle of inclination and pore density PPI of metal foam. A correlation of Nusselt number and Raleigh number is obtained when the cavity is horizontal with 5 PPI and 10 PPI.KeywordsMetal Foam-Water, Natural Convection, Difference of Temperature, Pore Density金属泡沫–水的自然对流换热实验研究彭招，潘阳，钱维扬华东交通大学土木建筑学院，江西南昌收稿日期：2016年3月6日；录用日期：2016年3月28日；发布日期：2016年3月31日摘要本文针对多孔介质材料中的自然对流换热问题，通过搭建充满金属泡沫–水的实验装置，探究了金属泡彭招 等沫–水自然对流换热机理，讨论了加热功率、箱体倾斜角度对方腔内金属泡沫-水两相自然对流换热的影响，实验发现努谢尔数Nu 随加热功率的增加而变大，随着倾斜角度的增大而变小，随着金属泡沫孔密度PPI 的增大而减小。
最终得到了箱体水平放置时5 PPI 和10 PPI 努谢尔数Nu 随瑞利数Ra 的变化规律。
关键词金属泡沫–水，自然对流，温差，孔密度1. 引言金属泡沫是近三十年发展起来的一种新型材料，是一种具有高扩展表面积、高孔隙率、分布杂乱无规则的多孔介质。
金属泡沫一般是由具有高导热系数的金属材料制成，例如铜、铝、镍或者这些金属的合金。
由于金属泡沫的高导热性和高表面积，是换热器强化传热选择的理想材料。
在用于表面强化换热时，金属泡沫在蓄热槽、热交换机中应用广泛。
R. Dyga a 、 S. Witczak [1]探究了泡沫铝分别充满空气、水的有效导热系数，有效导热系数跟孔隙率、泡沫金属材料、流体物性有关。
自然对流发生在孔隙中，这种现象对水填充泡沫的影响大于空气填充泡沫的影响。
Zhao 等人[2] [3]对金属泡沫铝的自然对流传热进行了实验研究，探究了温度与有效导热系数的依赖关系，指出在大孔隙率(90ε≥)的金属泡沫内，自然对流占总体换热的比重超过50%。
同时还研究了达西数Da 和m Ra 对金属泡沫传热的影响。
Kathare 、Davidson 等[4] [5]实验研究了金属泡沫铜充满水的导热系数、渗透率、Forcheimer 系数，得到了m Nu 与m Ra 的关联式：()0.540.080.480.100.0070.005mp Nu Ra Pr ±±=±，他们同时研究了泡沫厚度、位置、传热导热比、泡沫参数(孔密度和丝径结构)的影响，实验表明在边界上有泡沫能大幅提高总的换热。
当泡沫占据整个空间时，传热加强的主要原因是导热系数的增加，对流是很小的。
金属泡沫的物理参数对Nu 数均有影响。
Dukhan 等[6] [7]和Ghosh [8] [9]分别实验和理论研究了空气流过泡沫铝的传热。
徐治国等[10]实验研究了水平面上金属泡沫铜与空气的自然对流，结果显示孔隙率和孔密度均对总传热热阻有影响。
杨坤和Vafai [11]-[13]利用了热不平衡能量公式，对流体流过充满多孔介质的通道模型，分析了多孔介质的热流分支，获得了恒温边界边界条件下的流体和骨架温度分布。
目前对于金属泡沫填充水的自然对流实验研究还是比较少见的，而骨架与流体的温度分布只是在理论分析中得到，鲜有通过对金属泡沫骨架与水的温差分布来证实多孔介质复合体的局部热不平衡性。
本实验研究的目的是揭示方腔内充满金属泡沫–水的自然对流换热的机理。
研究加热功率、倾斜角度对方腔内充满金属泡沫–水的自然对流换热的影响，以及局部非热平衡对强化传热的影响，最后讨论水平放置时Ra 数对Nu 数的影响规律。
2. 实验系统实验系统原理图见图1，该系统主要包含4个部分，第一部分是实验主体：厚度为10 mm 的有机玻璃箱体(内部空间尺寸：长 × 宽 × 高10010035mm ××)、上下10 mm 厚的铜板(100100mm ×)，金属泡沫(长 × 宽 × 高10010030mm ××)，去离子水，25 mm 厚的橡塑保温。
第二部分是电源系统：加热板、稳压直流电源、电压表、电流表。
电源是给实验装置提供能量的，电压表与电流表可测量系统输入的能量。
第三部分是冷却系统：水箱、水泵、调节阀、流量计、冷却盘管。
第四部分是数据采集系统：电脑、Fluke 数据采集仪、T 型热电偶。
实验箱体在侧边开了一个截面为510mm ×的方孔，有利于维持箱体内压力的恒定，同时也有助于吸收水体积的膨胀和作为热电偶线的通道。
彭招 等Figure 1. Schematic diagram of experimental system 图1. 实验系统示意图实验采用的是5PPI 和15PPI (PPI 是指单位长度1英寸内的孔隙个数)的铜金属泡沫，参数见表1。
泡沫铜位于箱体中，为了减少接触热阻，铜金属泡沫与底部铜板之间用1 mm 厚的导热胶进行粘接，导热胶的导热系数为1.2 W/(m ∙K)。
加热板与铜板之间涂上导热硅脂以减少接触热阻，导热硅脂的导热系数大于9.65 W/(m ∙K)，加热功率分别为60、80、100、120、140 W 。
实验按加热面与水平面不同的倾角放置，分别为：0度(水平布置)、30度、45度、60度和90度(竖直布置)。
实验中热电偶的布置共有三处，第一处布置在上下铜板的表面，在上铜板的内表面和下铜板的上表面的中心位置分别均匀布置三个热电偶。
第二处布置在金属泡沫铜内，这些热电偶布置在金属泡沫内部，需将金属泡沫从中间刨开，按图2的方式进行布置。
第三处布置在保温材料上，包括底部电木的上下表面和侧面橡塑保温的内外面。
所有用于计算的数据都是在箱体内部的传热达到稳态时采集，当上下铜板的温度半小时内温度波动不超过0.1度时认为箱体内部传热已经达到稳态[4]。
3. 数据处理和不确定度分析在自然对流条件下，方腔内的换热形式共有三种：① 导热：金属骨架与骨架间的导热，流体之间的导热、骨架与流体间的导热；② 对流：骨架与流体之间的对流换热；③ 辐射：泡沫骨架与流体之间的辐射换热，但因为实验温度不高，故辐射换热可忽略。
而在实验的传热过程中，金属泡沫骨架间的导热、流体间的导热、骨架与流体间的导热、金属泡沫骨架与流体的对流换热是非常复杂的，难以将其依次求出。
故本文将这些传热用一个传热系数h 表示。
定义箱体内部的基于光板的传热系数h [14]为：1h A TΦ=⋅∆ (1) 式中：A ——铜板的表面积；T ∆——上下冷热铜板平均温度的温差，h c T T T ∆=−，h T 为热面铜板上表面的温度，c T 为冷面铜板下表面的温度；1Φ——输入到实验箱体内的热量，102Φ=Φ−Φ，0Φ是指总输入到实验装置中的能量，2Φ指从箱体四周和底部散失的热量。
实验中，箱体的损失约为总输入能量的3%。
1. 计算机2. Fluke 数据采集仪3. 稳压直流电源4. 电流表5. 电压表6. 加热板7. 铜板8. 金属泡沫9. 有机玻璃板10. 保温材料11. 热电偶12. 电木13. 水池14. 水泵15. 调节阀16. 流量计17. 冷却盘管1211345141313151617798761210彭招 等Table 1. The parameters of foam copper 表1. 泡沫铜参数参数 孔密度 孔隙率 孔径 泡沫铜5 ppi94.3380.8010 ppi94.0090.50Figure 2. Installation site of thermocouple in copper and metal foam copper图2. 热电偶在铜板和金属泡沫铜上的布置位置本文定义的Ra 和Nu [4]数如下：()()3h c fg T T H Ra βαν−=(2)fhHNu λ=(3)式中，H ——特征长度，为箱体内空间高度；g ——重力加速度；β、α、ν——在定性温度()2h c T T +下水的物性参数。