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米乐体育登陆:科普 新式多孔资料——泡沫金属

发布时间:2022-08-09 01:35:32 | 来源:米乐体育官网网页版 作者:米乐体育官方下载安装

  泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属资料。经过其共同的结构特色,泡沫金属具有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及可以吸收电磁波等一系列杰出长处,是跟着人类科技逐渐开展起来的一类新式资料常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。

  多孔介质,由包括相通的、不规则的孔的固体骨架和流体组成的一类复合介质,它构成了地球生物圈的物质基础。

  人类从很早就开端知道多孔介质内的物理进程。例如,土壤中水、肥、污染物的吸收、坚持和搬迁进程;动植物中的生命进程,如植物根、茎、叶中水分和营养的传递进程、动物机体内的推陈出新;与日子密切相关的农副产品、食物、木材和纺织品的枯燥;地下岩层中石油、天然气和地下水的挖掘;地热资源的开发及使用土壤岩层的蓄热蓄冷进程;建筑物的隔热保温;现代铸造技能、焚烧技能、锻炼技能、催化反应技能和纺织、造纸技能的开展等。

  表征多孔介质结构特性的参数首要有四个:一是孔巨细,可以小到几微米,乃至几纳米,例如热障涂层、催化剂涂层等。也可大到几米(例如一栋大楼),乃至更大;二是孔隙率,即多孔介质内空地体积占总体积的份额,其值在0到1之间; 三是孔的形状,即孔的结构形状。不同品种多孔介质的孔形状不同较大;四是比表面积,即单位体积内固体骨架与流体接触面面积的巨细,可以较小,亦可以很大,可到达上万。其值由多孔介质的结构特性决议。

  表征多孔介质活动特性的参数首要是压降或许渗透系数,即流体(液体、气体)流过多孔介质的活动阻力丢失。

  多孔介质的传热特性,一般热传导、热对流及热辐射均会遇到,有时还触及相改换热。

  工业中的多孔介质按标准可分为微纳标准多孔介质与大孔标准多孔介质,它们特性悬殊,适用的研讨理论也不同。

  大孔标准多孔介质根本有四种:不同形状颗粒的、不同通道形状蜂窝的、不同织造方法丝网的与不同资料泡沫的。

  上述四种大孔标准多孔介质的孔巨细在毫米量级,其孔形状、孔隙率、比表面积、活动特性及传热传质特性存在较大不同。

  作为泡沫类的大孔标准多孔介质,泡沫金属是一种的新式金属资料,它具有优于其它三种多孔结构的特性,已被广泛地使用于航天、航空、运送、环保、动力、生物等各种高科技范畴及一般工业范畴。

  泡沫金属的结构可以当作由很多开孔单元胞以无规则方法构成的金属支架。每个单元胞(Cell)中心是空心的,外形近似球形,然后鸿沟上开了十四个小孔,很像十四扇窗户(Window)。

  金属支柱的截面形状,随泡沫金属孔隙率的不同而异:孔隙率小于0.9时,金属支柱截面为圆形;孔隙率大于0.95时,金属支柱截面变成凹三角形。

  作为结构资料, 它具有质轻、高比强度和高比表面积等特色, 在航空、航天范畴使用中表现出极大的优越性。例如, 泡沫铝已用于飞机机翼复合资料的芯片, 并成为加热器、热交换器和电池极板的优秀资料。

  泡沫镍也已使用于墙体或地板的加热瓦;别的,用作碱性电池及燃料电池的极板资料,可极大地进步电池容量。

  作为功用资料,它具有杰出的吸声、隔声、散热、隔燃、减振、阻尼、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能。例如,已将泡沫金属使用于轿车工业的内燃机气缸、高速列车发电室、无线电录音以及高速公路降噪等方面, 取得了杰出的作用。

  作为隔热、阻燃资料,泡沫金属可用于火焰阻焰器,让焚烧的气体自在经过但却能阻挠火焰的延伸。

  作为缓冲、减振和吸收冲击能资料,泡沫铝合金可以使用在一些机械的紧固件、航天飞机的维护外壳、磕碰记录仪及其起落架和轿车的缓冲件等方面。

  铸造法有熔体发泡剂发泡法、气体注入发泡法及渗流法等。熔体发泡剂发泡法的制备原理是:将可以发生气体的物质(发泡剂)参加熔融金属, 使之受热分化而发生气体, 并使发生的气体均匀地散布在金属液体中,冷却之后即可取得泡沫金属固体。

  铸造法原理根本相同,仅是参加气体的方法有些不同。例如,气体注入法将气体直接注入熔融金属。

  非铸造法有粉末冶金法、烧结溶解法及金属堆积法等。粉末冶金法的制备原理是:将金属粉末与发泡剂粉末混合均匀,经过冷压或热压后使其成为半成品,然后将此半成品加热到挨近或高于混合物熔点的温度。加热进程中, 发泡剂受热分化,释放出很多气体,使细密的压实资料胀大,然后构成多孔的泡沫金属资料。

  非铸造法原理根本相同,与铸造法不同的是:铸造法先把金属加热到熔融,再注入气体;而非铸造法,先把金属与产气物质混合后,再加热到熔融。

  导热特性较好。铜的导热系数387W/(m•K)左右,铝导热系数218W/(m•K)左右,因而泡沫金属的导热能力强;

  高温时,泡沫金属内辐射传热亦较强。其高的孔隙率,使红外辐射透过率大大增强;

  强化池欢腾传热作用较好。在大气压下,关于泡沫铜,以丙酮作为工质时,暖流密度可到达100W/cm⊃2;以上。

  泡沫金属内活动欢腾传热特性亦较好,泡沫管内欢腾传热可到达润滑管的三倍之多。

  鉴于泡沫金属优异的特性,其工业使用潜力巨大,但是现在对其内热传输特性的知道还不行全面。

  中国科学院工程热物理研讨地点多孔介质传热传质方面首要进行了两方面的使用基础研讨:

  一是泡沫金属内热传输特性的研讨,首要用于热交换,如蓄热器(回热器、振动流回热器)、储热、强化换热等。依托多项国家自然科学基金,现在已对泡沫金属内导热特性、气固传热特性及辐射传热特性进行了较体系的模仿研讨;

  二是耦合化学反应的热质传递机理的研讨,完成各种催化反应(催化焚烧、碳氢化合物重整、催化裂解、碳氢化合物加氢及碳氢化合物部分氧化等)的反应器规划,首要用于动力的热化学使用。现在针对低温热能档次提高高效化学热泵内触及的相关科学问题进行了研讨,未来将进一步向其它动力热化学使用范畴扩展。

  来历:传热传质研讨中心 彭文平,中科院工程热物理研讨所。回来搜狐,检查更多