Combined flow and heat transfer characterization of open cell aluminum foams

Abstract

The use of open-cell metal foams have been widely increasing given by its diverse novel properties in various areas including aerospace, electronics and automotive among others. They are a relative new class of materials with very promising applications in which it’s low density, high surface area to volume ratio and other thermal, mechanical, electrical and acoustical properties make this material an excellent means for performance improvement. Important applications have been found taking advantage of the thermal properties of the metal foam. These applications include compact heat exchangers for airborne equipment, air-cooled condenser towers, both the regenerative and the dissipative type, and compact heatsinks for power electronics. The low relative density, open porosity and high thermal conductivity of the cell edges, the large accessible surface area per unit volume, and the ability to mix the cooling fluid, all make metal foam heat exchangers efficient, compact and light weight. Although it is proven to be very promising, still the use of the open-cell metal foams require extensive efforts to achieve a full characterization. It is as an objective in this thesis work to provide new insights to the characterization of the fluid behavior through the foam and its thermo physical properties. This will be found very useful for the use of metal foams in heat transfer and flow applications. Also the use of metal foams as heat sinks in electronic cooling is evaluated, and its advantages and disadvantages are highlighted for future reference.

El uso de esponjas metálicas esta aumentando notablemente dado a sus diversas y novedosas propiedades en áreas como la aeronáutica, la industria automotriz y la industria electrónica como entre otras. Son relativamente un tipo de material nuevo y prometedor de los cuales sus propiedades como; baja densidad, alta razón de área superficial a volumen y otras propiedades térmicas, mecánicas, eléctricas y acústicas hacen de ellas materiales idóneos para un sinnúmero de usos. Aplicaciones importantes han sido encontradas donde las esponjas proveen una mejoría en desempeño térmico como en intercambiadores de calor compacto para equipo aéreo, torres de condensado por aire, y equipo para enfriamiento de componentes electrónicos de alto redimiendo. Sus propiedades y su habilidad de mezclar los fluidos hacen de las esponjas excelentes materiales para el uso de intercambiadores de calor creando sistemas compactos, eficientes y livianos. Aunque han probado ser prometedores por sus características, siguen siendo muy necesarios los esfuerzos para caracterizar completamente este tipo de material. Como parte del objetivo de este trabajo de investigación se proveerá información sobre el comportamiento del fluido a través del medio y sus propiedades termo físicas. Esta información será de mucha utilidad para el uso de esponjas de metal en aplicaciones de flujo o transferencia de calor a través del medio. En adición el uso de esponjas de metal para aplicaciones de enfriamiento de equipo electrónico será evaluado, y sus ventajas y desventajas serán resaltadas para referencia futura.