Пористость металлов

Одним из перспективных и эффективных способов интенсификации тепломассообменных процессов является использование в теплообменных устройствах пористых металлов. Физическую основу этого способа составляет чрезвычайно высокая интенсивность теплообмена между проницаемой матрицей и протекающим сквозь нее теплоносителем вследствие очень развитой поверхности их соприкосновения. Практическая реализация этого способа стала возможной только после того, как развитие технологии и, в первую очередь, порошковой металлургии позволило производить разнообразные пористые материалы. [c.3]

Испаряющийся компонент топлива можно использовать также и для охлаждения пористой лопатки газовой турбины. Внутри лопатки, целиком изготовленной из пористого металла, выполнен конический канал, сужающийся к ее вершине (Пат. 2970807 США). Жидкий компонент топлива подается в основание канала и под действием центробежной силы выдавливается из него по всей поверхности вращающейся лопатки. Для равномерного распред ения испаряющегося топлива по боковой поверхности наряду с сужением центрального канала лопатка изготавливается из металла с изменяющимися по длине структур- [c.9]

Указанный метод интенсификации теплообмена послужил причиной того, что одновременно с развитием технологии изготовления пористых металлов было предложено большое количество конструкций разнообразных теплообменных устройств, в которых каналы или межтрубное пространство заполнены такими металлами. [c.12]

В настоящее время широко используются и исследованы пористые металлы из порошков и волокон. Методы получения и основные свойства изделий из таких металлов достаточно подробно освещены в работе [ 4]. [c.18]

По сравнению с порошковыми и волокнистыми пористые металлы из спеченных сеток или навитой на оправку проволоки обладают повышенными прочностью, пластичностью и однородностью структурных характеристик [ 21]. Это особенно важно при изготовлении тонких проницаемых листов и оболочек больших размеров и сложной формы. [c.18]

Полученные к настоящему времени результаты по исследованию закономерностей движения однофазных жидкостей и газов в пористых металлах в исчерпывающем виде обобщены и приведены в работе [ 4]. [c.18]

Коэффициенты а, /3 не зависят от вида фильтрующейся жидкости, поскольку они являются характеристиками пористой структуры. При исследовании сопротивления пористых металлов при различных температурах не обнаружено заметного изменения коэффициентов сопротивления. Только происходящие в материале структурные преобразования при высоких температурах или больших механических нагрузках приводят к изменению их гидравлических характеристик. [c.23]

При высоких скоростях течения в пористых материалах могут стать заметными потери давления на перестройку течения охладителя на входе и выходе матрицы в связи с резким изменением проходного сечения. Причем выходные потери всегда больше входных из-за меньшего давления газа. На основе расчетов в [8] показано, что потерями давления на выходе, а следовательно, и на входе можно пренебречь почти до наступления звукового истечения, а точнее - до достижения величины расхода охладителя, составляющей 0,92 от величины расхода в режиме достижения скорости звука на выходе из пористого материала. Эти результаты подтверждаются экспериментальными данными, которые показывают также, что для пористых металлов толщиной более 2 мм входными и выходными потерями можно пренебречь. [c.24]

Значительно более сложную физическую природу имеет процесс забивания пор выделяющимися пузырьками газа. В связи с важностью этого явления для ПТЭ было выполнено подробное аналитическое и экспериментальное исследование по определению условий появления газовых зародышей и влиянию пузырьков выделяющегося растворенного газа на гидравлическое сопротивление при течении жидкостей в пористых металлах, основные результаты которого приведены в работе [ 19]. [c.28]

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛОВ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ [c.30]

Пористые металлы являются наиболее подходящим материалом для изготовления теплообменных элементов. Для них получено значительное количество аналитических зависимостей и экспериментальных данных по теплопроводности [ 18]. Обобщение этих данных позволит выявить как наиболее общие закономерности теплопроводности пористых металлов различных структур, так и оценить максимальную величину разброса этих данных, вызванную многочисленными невоспроизводимыми особенностями самих материалов и методик измерения. [c.30]

В пористых металлах основное термическое сопротивление теплопроводности сосредоточено в зоне контакта частиц, где наблюдается наименьшая площадь поперечного сечения и наибольшая неоднородность в составе металла. Качество теплового контакта определяется многими практически невоспроизводимыми технологическими факторами - формой и размером исходных частиц, чистотой и составом материала, давлением прессования, температурой и временем спекания [ 14]. Именно эта особенность исключает возможность создания точной аналитической мо-30 [c.30]

В табл. 2.3 приведены характеристики пористых металлов, ддя которых экспериментально определена теплопроводность. Здесь же указано, какой из зависимостей, приведенных на рис. 2.6, эти результаты лучше аппроксимируются или какую зависимость для аппроксимации предлагают авторы. [c.32]

Анализ результатов для всех приведенных в табл. 2.3 пористых металлов позволяет сделать следующие выводы. [c.32]

Характеристики пористых металлов и результаты исследования их теплопроводности [ 18] [c.33]

Физическая модель процесса. На основании изложенных картин истечения двухфазной испаряющейся смеси из пористого металла в различных режимах можно представить следующие механизм и структуру [c.81]

Ранее было отмечено также, что наличие в теплоносителе после его дегазации даже самого малого количества растворенного газа обусловливает зарождение газопаровых пузырьков до начала закипания жидкости при ее течении в пористых металлах независимо от вида их нагрева. Эти пузырьки служат готовыми центрами парообразования. [c.84]

Все остальные кривые, изображенные на рис. 6.13, соответствуют режимам испарительного охлаждения с полностью сухой внешней поверхностью. Штрихпунктирные линии L приближенно дают зависимость температуры в начале области испарения от ее координаты. Пересечение линии L с любой кривой определяет координату начала зоны испарения и температуру пористого металла в ней для соответствующего режима. [c.146]

Температурное состояние в области испарения и ее протяженность рассчитывались при средней интенсивности объемного теплообмена = = 3 10 Вт/ (м К). Для исследованного диапазона параметров это дает максимальную относительную протяженность этой области к - I =0,03, которая и использовалась в расчетах. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по распределению температуры пористого металла показывает их хорошее совпадение в области испарения. Отсюда следует, что средняя интенсивность объемного теплообмена в ней по крайней мере не меньше величины = 3 10 Вт/(м К) (что соответствует ее качественной оценке, выполненной ранее), а при исследованном уровне плотностей внешнего теплового потока до <7 = 2,3 10 Вт/м протяженность области испарения мала и эту зону можно принять в виде поверхности фазового превращения. [c.147]

Считаем, что коэффициент теплопроводности пористого металла линейно зависит от температуры X = Хо + К (Т - Т ) Можно также аппроксимировать линейным законом теплоемкость паров охладителя от температуры Ср = Сро -н Кс (Г Т ). [c.157]

При сварке латуней возможно испарение цинка (температура кипения 907° С, т. е. ниже температуры плавления меди). Образующийся окисел цинка ядовит, поэтому при сварке требуется хорошая вентиляция. Испарение цинка может привести к пористости металла шва. Это осложнение удается преодолеть нредва- [c.344]

На основе пористых металлов разработаны также и газопламенные горелки с широким однородн м факелом. Основным их элементом является металлокерамическая перегородка, для предотвращения оплавления которой применяется боковое водяное охлаждение или охлаждение с помощью змеевика, размещенного внутри пористого металла по схеме, изображенной на рис. 1.3, 6. Такие горелки позволяют получить плоское однородное пламя в широком диапазоне изменения состава смеси и скорости ее истечения. [c.15]

Отсюда следует зависимость коэффициентов сопротивления от размера частиц исходного порошка. Эта зависимость качественно сохраняется и для металлов из частиц другой формы [ 4]. В то же время пористые металлы из сферических частиц обладают минимальным сопротивлением по сравнению с другими порошковыми металлами. Поэтому выражения (2.8) позволяют оценить предельную минимально возможную величину коэффициентов сопрЬтивления проницаемых металлов из порошка различной формы с известным средним размером частиц. Усложнение ( р-мы частиц сопровождается увеличением коэффициентов гидравлическо- [c.22]

В ПТЭ во избежание локального перегрева важной является равномерность потока охладителя. Были проведены специальные исследования пористых порошковых, волокнистых металлов и графита. У всех исследованных образцов существенной неоднородности проницаемости по большим участкам поверхности не обнаружено. Участки с повышенной или пониженной плотностью располагаются небольшими пятнами, отклонение пористости от средней на этих участках не превышает 4... 11 % для пористых металлов из порошка и 10... 17 % для металлов из волокон. Отмеченное локальное изменение пористости вызывает и локальное отклонение расхода охладителя от средней величины, которое для металлов из порошков достигает 40 %, для металлов из волокон 50 %. Неоднородность пористости образцов вызывается неравномерностью плотности или толщины слоя порошка и волокон перед прессованием. Так, для волокнистых металлов применение операции предварительного вой-локования позволяет снизить максимальную величину отклонения пористости с 14...17 % до 10...15 %. Наилучшей однородностью проницаемости обладают пористые металлы из спресованных и спеченных сеток. [c.23]

Однако выражения (2.10), (2.11) могут бьггь использованы только для качественной оценки явления вследствие того, что реальная структура пористых металлов существенно отличается от использованной капиллярной модели. Это приводит к тому, что режим достижения скорости звука на выходе из матрицы наступает постепенно и определяется не единичным давлением на выходе, а диапазоном давлений [ 8]. [c.24]

При длительном течении тщательно очищенной капельной жидкости без вьвделения пузырьков растворенного газа сквозь исследованные пористые металлы со средним диаметром пор 14...26 мкм не происходит заметного увеличения гидравлического сопротивления вследствие адсорбционных и прочих молекулярных эффектов. [c.28]

При длительном установившемся движении жидкости в пористом металле выделение растворенного газа происходит в условиях, близких к равновесной насыщенности жидкости растворенным газом. При этом перепад давлений на образце в зависимости от уаювий может возрасти в 3...4 раза по сравнению с той же величиной при течении жидкости без образования газовых пузырьков. [c.29]

Зависимость теплопроводности пористых металлов различной структуры от температуры имеет такой же вид, как и у соответству-юших сплошных. Это свидетельствует как об отсутствии изменений в пористой структуре, так и о том, что перенос теплоты за счет лучистой составляющей мал по сравнению с теплопроводностью матриц в исследованных диапазонах температуры. Поскольку у ряда металлов верхняя граница такого диапазона (например, для вольфрама t = 2600 °С) близка к температуре плавления, то можно не учитьшать радиационного переноса теплоты в пористых металлах во всем диапазоне их рабочих температур. [c.36]

В табл. 2.4 приведены условия и результаты экспериментов по определению коэффициента внутрипорового конвективного теплообмена в пористых металлах. Для сравнения выведенные критериальные соотношения изображены на рис. 2.7. Данные, приведенные в табл. 2.4, заимствованы из работы [16]. Экспериментам были подвергнуты разнообразные проницаемые матрицы, изготовленные из порошков различной формы и размера, волокон и сеток разных металлов. Необходимо отметить, что основная часть данных получена для образцов небольшой толщины, не более 5 мм. В качестве теплоносителя в основном используется воздух и другие газы. [c.37]

Рис. 2.7. Критериальные завнснмостн конвективного теплообмена при движении однофазного теплоносителя в пористых металлах. Обозначения соответствуют данным табл. 2.4

В связи с этим следует отметить, что числа Рейнольдса потока, полученные при обработке результатов для пористых порошковых металлов с помошью параметра ( /а, существенно меньше соответствующих значений, рассчитанных при использовании в качестве характерного размера диаметра пор d или частиц d , хотя условия всех экспериментов и характеристики матриц примерно одинаковы. Поскольку параметр fij t таких металлов обычно значительно меньше геометрических размеров пористой микроструктуры (что нетрудно показать на основании данных табл. 2.1), то использование параметра j3/a передвинуло бы зависимости, приведенные на рис. 2.7, из области Re > 1 и сблизило бы их в области Re < 1. В тех случаях, когда пористый металл изготовлен из мелкого порошка и или d малы и близки к /3/а, критериальные уравнения близки к тем, в которых в качестве характерного размера использована величина 0/а. Однако такое представление экспериментальных данных, приведенных в табл. 2.4, невозможно из-за отсутствия необходимых сведений. [c.41]

Измеренное с помощью игл давление в потоке внутр образца достаточно точно совпадает со значениями давления, рассчитанными по измеренным температурам в соответствующих поперечных сечениях. Такие результаты были получены во всем исследованном диапазоне удельных массовых расходов воды до 26 кг/ (м с), а также и для образцов из коррозионноч тойкой стали. Это свидетельствует о наличии термодинамического равновесия внутри адиабатного двухфазного потока в пористом металле. [c.79]

Результаты визуального наблюдения на внешней поверхности матрицу структуры вытекающего двухфазного испаряющегося внутри пористого металла теплоносителя без нагрева при адиабатическом дросселировании и при различных способах подвода теплоты к пронииземому каркасу (объемном тепловыделении и внешнем лучистом тепловом потоке) позволяют сделать важный вывод о том, что механизм теплообмена и структура двухфазного потока внутри пористого металла не зависят от способа подвода теплоты к последнему. При этом паровая фаза смеси находится в состоянии термодинамического равновесия. Внешняя поверхность с изменяющимися картинами вытекающего двухфазного потока представляет собой как бы ряд последовательных поперечных сечений образца по толщине и позволяет визуально наблюдать плавное изменение структуры потока. [c.81]

Пористые металлы в наибольшей степени удовлетворяют требованиям облегчения зарождения пузырьков по геометрической структуре и в значительной степени - по наличию многочисленных участков ухудшенной смачиваемости. Они обладают чрезвычайно развитой и сложной внут-рипоровой поверхностью. В них имеются поры самой различной формы открытые, полуоткрытые, замкнутого типа и т. д. Именно при образовании пузырьков внутри пор наиболее вероятно соблюдение условия Fy /F 1. Технология получения пористых металлов обусловливает нарушение микроструктуры металла и появление неоднородностей по химическому составу вблизи контакта частиц и окисных пленок. Такие факторы вызывают значительное изменение смачиваемости. Если учесть, что для возникновения парового пузырька достаточно иметь участок ухудшенной смачиваемости линейным размером мкм, то все точ- [c.84]

Интенсивность внутрнпорового теплообмена. Одной из основных величин, определяющих испарение потока теплоносителя внутри пористых металлов, является интенсивность Ау объемного теплообмена. Выполним приближенную оценку этой величины. Из приведенного ранее физического механизма процесса следует, что основным режимом внутрнпорового теплообмена при движении двухфазного потока в нагреваемых матрицах является передача теплоты от пористого каркаса с температурой Т теплопроводностью через жидкостную микропленку к ее поверхности, имеющей температуру, равную температуре насыщения, где теплота затрачивается на испарение жидкости. [c.85]

Аналитическое нсследоваине сопротивления. Из приведенной ранее физической модели течения двухфазного потока внутри пористого металла следует, что в нем имеет место раздельное течение фаз — паровые микроструи в центре гладких каналов и жидкостная микропленка, которая обволакивает частищ.1 материала и заполняет все неровности структуры. Поэтому сначала расчет характеристик потока проведем по модели относительной фазовой проницаемости с раздельным течением фаз. Полученные результаты с целью более полного представления о свойствах такого потока сравним с результатами по модели гомогенного течения. [c.89]

Влияние анизотропии теплопроводиост проницаемой матрицы. Многие пористые металлы, например из сеток и волокон, обладают ярко вьь раженной анизотропией физических свойств, в том числе и теплопроводности. Исследуем теплообмен в канале с заполнителем (см. рис. 5.1), теплопроводности которого в поперечном и продольном направлениях существенно отличаются, причем Х , > Х , и сравним его с результатами для однородной пористой вставки с одинаковой во всех направлениях теплопроводностью, равной Х ,. Этим самым оценим влияние уменьшения продольной теплопроводности Х при постоянной поперечной у. [c.106]

Здесь Nu — средний критерий теплообмена в канале с заполнителем, а средний критерий теплообмена в канале без него Nur = Nu . (Re, Рг , //5) определяется из уравнения в зависимости от режима течения. Из приведенного на рис. 5.17 примера следует, что применение пористой матрицы наиболее эфф тивно в режиме ламинарного течения в канале, когда отношение Nu /Nuj может стать больше единицы. При увеличении числа Рейнольдса это отношение уменьшается. Однако отношение Х/Х . достаточно легко регулируется и может приобретать значительную величину, особенно при течении газообразных теплоносителей. Например, для воздуха Xf = 0,032 Вт/ (м К) и для пористого металла при реальном зна- [c.123]

Распределе1ше температуры по толщине пористой стенки. Часть из полученных экспериментальных данных по распределению температуры пористого металла по высоте стенки (точки) приведена на рис. 6,13 (параметры соответствующих режимов указаны в табл. 6.2). Результаты на каждом рисунке относятся к сериям измерений с постоянными массовыми расходами охладителя. Нумерация кривых соответствует последовательности измерений. Слева от оси ординат соответствующими значками указаны значения температуры насыщения при давлении перед образцом. [c.145]

Кривые 1 (см. рис. 6.13) соответствуют режимам сплошной кипящей пленки на внешней поверхности при однофазном течении жидкости внутри стенки. Температура охладителя при зтом практически не отличается от температуры пористого металла. Важной особенностью кривых является то, что их экстраполяция до внешней поверхности B ef да дает ее температуру 100 °С, причем форма этих кривых не изменяется при увеличении теплового потока вплоть до начала высыхания внешней поверхности в центре образца. Объясняется это тем, что часть лучистого теплового потока, возрастающая по мере утонения жидкостной пленки, проходит сквозь нее, поглощается тонким поверхностным слоем пористого метапла, нагревает его до температуры начапа закипания жидкости и затрачивается на ее испарение. [c.146]

Штриховые линии, изображенные на рис. 6.15, являются экстраполяцией данных, полученных для режймов с полностью сухой внешней поверхностью, в точку qjq" = 1 и отражают плавное изменение температуры пористого металла вблизи внешней поверхности и перепада давлений на стенке в идеальном случае после равномерного высыхания всей внешней поверхности при однородном тепловом потоке. [c.149]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...