Convective Heat Transfer in Open Cell Metal Foams

金属泡沫 材料科学 传热 对流换热 对流 复合材料 有限元法 冷却液 机械 多孔介质 复合泡沫 铝 热力学 多孔性 物理
作者
Ken I. Salas,Anthony M. Waas
出处
期刊:Journal of heat transfer [ASM International]
卷期号:129 (9): 1217-1229 被引量:70
标识
DOI:10.1115/1.2739598
摘要

Convective heat transfer in aluminum metal foam sandwich panels is investigated with potential applications to actively cooled thermal protection systems in hypersonic and re-entry vehicles. The size effects of the metal foam core are experimentally investigated and the effects of foam thickness on convective transfer are established. Four metal foam specimens are utilized with a relative density of 0.08 and pore density of 20 pores per inch (ppi) in a range of thickness from 6.4mmto25.4mm, in increments of approximately 6mm. An exact-shape-function finite element model is developed that envisions the foam as randomly oriented cylinders in cross flow with an axially varying coolant temperature field. A fully developed velocity profile is obtained through a semi-empirical, volume-averaged form of the momentum equation for flow through porous media, and used in the numerical analysis. The experimental results show that larger foam thicknesses produce increased heat transfer levels, but that this effect diminishes for thicker foams. The finite element simulations capture the thickness dependence of the heat transfer process and good agreement between experimental and numerical results is obtained for larger foam thicknesses.

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