电沉积金属泡沫内的渗透流动特性

发布时间：2021-07-12 22:51

　　为了探究电沉积法制备金属泡沫微观孔胞结构对渗透特性的内在作用机理,针对不同结构与材料的金属泡沫完成了空气渗透流动实验。采用基于正五边形宽骨架结构的正十二面体的金属泡沫孔胞模型,建立了金属泡沫半经验渗透模型;分析了金属泡沫内流动阻力的变化规律,获得了包括孔隙率和孔密度等不同微观结构参数下金属泡沫内流体渗透特性。研究结果表明:小流速范围内,金属泡沫内流体流动为Darcy流态,受黏性作用影响;大流速范围内,金属泡沫内流体流动为Forhheimer流态,受惯性作用影响。电沉积金属泡沫内阻力因子的常数项为0.099 5,较粉末烧结金属泡沫内阻力因子的常数项明显增大。提出了基于孔隙率与孔密度的金属泡沫水力直径修正计算模型,与正五边形宽骨架模型预测结果相比误差在±5%以内;获得了单位长度压差的Darcy-Forhheimer型预测公式,预测值与实验值的最大误差在±15%以内,并提出了以孔隙率和水力直径为变量的金属泡沫渗透率K和惯性系数F的预测公式。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

实验平台系统示意图

实验以空气作为工作介质。空气由螺杆式空气压缩机提供，压缩机内的稳压罐稳定系统气体压力，空气由高准质量流量计F010计量，电加热器可以控制空气的温度。通道入口布置罗斯蒙特微压力传感器和Honeywell微差压传感器，分别测量入口压力和进出口压差；通道入口和出口分别布置了3×3的T型Omega热电偶测量温度，实验段尺寸为140mm×100 mm×18 mm，测试金属泡沫尺寸为40mm×100mm×18mm，图2给出了金属泡沫示意图。实验段外壳由耐高温、低导热率PC板制成。空气质量流量mair的范围为6～130kg/h；空气温度T的范围为20℃～110℃。

式中：F为金属泡沫的无量纲惯性系数；ρ为空气密度。考虑了金属泡沫中的惯性作用，流速越快，金属泡沫中的惯性作用越显著。图3给出了单位长度下压差随空气流速的变化，从图3中可以看出，随着流速的增大，单位长度压差也明显增大。同时，孔隙率与孔密度作为金属泡沫最重要的两个微观结构形态参数，对单位长度压差的影响也十分明显。对于金属泡沫2、3、4、7，孔密度均为2.54mm-1，单位长度压差随着孔隙率的增大而减小。这主要是由于较大孔隙率的金属泡沫具有较大的孔径和较小的流体固体接触面积，因此耗损的泵功也相对较小。对于金属泡沫1、3、5、6，孔密度从1.27mm-1逐渐增大到5.08mm-1，单位长度压差相应急剧增大，这主要是由于孔密度的增大导致相同长度内更多的泡沫骨架和更复杂的微观结构，会引起空气流动更大的扰动和摩擦阻力。


本文编号：3280803