Nikkelschuim is een poreus metaalmateriaal met een drie-dimensionale gaasstructuur

Nikkelschuim is een poreus metaalmateriaal met een drie-dimensionale gaasstructuur. Vanwege de hoge porositeit, het grote specifieke oppervlak, de goede thermische geleidbaarheid, de uitstekende mechanische sterkte en de metaalstabiliteit, vertoont het een uniek toepassingspotentieel in warmteopslagsystemen voor gesmolten zout, vooral bij het verbeteren van de warmteoverdracht en het optimaliseren van de systeemprestaties. Hieronder volgen de belangrijkste toepassingsrichtingen en technische voordelen:
I. Kerntoepassingsscenario's
1. Verbeterde warmteoverdrachtsprestaties van gesmolten zout
- Probleem: De thermische geleidbaarheid van gesmolten zout is laag (meestal 0,5-1 W/m·K), wat resulteert in een beperkte warmteopslag/afgiftesnelheid.
- Oplossing: Nikkelschuim is ingebed in gesmolten zout als een efficiënt thermisch geleidend skelet:
- Het metalen skelet (thermische geleidbaarheid van nikkel ≈ 90 W/m·K) vormt een snel warmtegeleidingspad, waardoor de equivalente thermische geleidbaarheid van het composietmateriaal aanzienlijk wordt verbeterd (kan drie tot tien keer worden verhoogd).
- De drie- netwerkstructuur vergroot het contactoppervlak van gesmolten zout en verbetert de convectieve warmteoverdracht.

2. Ondersteuning voor gevormde composiet faseverandering thermische opslagmaterialen (PCM's)
- Probleem: Vaste-vloeibare materialen met faseverandering (zoals gesmolten zout op hoge- temperatuur) stromen na het smelten, waardoor verpakking in containers en langzame warmteoverdracht nodig is.
- Oplossing: Infiltreer gesmolten zout in de poriën van nikkelschuim om een ​​gevormd composiet PCM te vormen:
- De poreuze structuur van nikkelschuim houdt het vloeibare gesmolten zout door capillaire kracht vast om lekkage te voorkomen.
- Het metalen skelet versnelt de overdracht van warmte naar de binnenkant van het gesmolten zout en verkort de faseveranderingstijd.
3. Vullen van medium in opslagtanks voor gesmolten zout/warmtewisselaars
- Het vullen van nikkelschuimmodules in het stromingskanaal van warmteopslagtanks of warmtewisselaars kan:
- Verhoog de mate van turbulentie, vernietig de grenslaag van gesmolten zout en verbeter de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt.
- Verleng het stroompad van het gesmolten zout en verbeter de efficiëntie van de warmtewisseling.

2. Gedetailleerde uitleg van technische voordelen
Kenmerken Verbeteringen aan het thermische opslagsysteem voor gesmolten zout
Door de hoge porositeit (85%-95%) kan een grote hoeveelheid gesmolten zout worden geïmpregneerd, terwijl de structurele stabiliteit behouden blijft. Groot specifiek oppervlak Vergroot aanzienlijk het contactoppervlak tussen gesmolten zout en warmteoverdrachtsmedium en verbetert de warmteoverdracht.
Uitstekende thermische geleidbaarheid Brengt warmte snel over naar de binnenkant van gesmolten zout, vermindert thermische stratificatie en verhoogt de warmteopslag/afgiftesnelheid.
Hoge mechanische sterkte Bestand tegen erosie van gesmolten zout bij hoge- temperaturen en thermische cyclusspanningen om structurele instorting te voorkomen.
Corrosiebestendigheid bij hoge- temperaturen Nikkel heeft een goede stabiliteit in conventionele gesmolten zouten (zoals nitraten en chloriden), waardoor de levensduur wordt verlengd
(onzuiverheden zoals sulfaten moeten worden gecontroleerd).

III. Uitdagingen en copingstrategieën
1. Probleem met gesmolten zoutcorrosie
- Risico: Bij langdurig- hoge temperaturen kan gesmolten zout (vooral als het onzuiverheden bevat) de nikkelmatrix aantasten, wat kan leiden tot structurele verzwakking.
- Oplossing:
- Selecteer hoog-zuiver gesmolten zout (zoals Solar Salt).
- Oppervlaktemodificatie (zoals Al₂O₃-coating) om de corrosieweerstand te verbeteren.
- Ontwikkel schuim van een nikkellegering (zoals Ni-Cr) om de corrosieweerstand te verbeteren.
2. Kostenbeheersing
- De kosten van nikkelschuim zijn relatief hoog en het aanvraagformulier moet worden geoptimaliseerd (bijvoorbeeld door het alleen te gebruiken in belangrijke warmtewisselingsgebieden, of door een gradiëntcomposietontwerp aan te nemen).

3. Ontwerp van systeemintegratie
- De poriënstructuur (PPI-waarde), de vulsnelheid en de lay-out van nikkelschuim moeten worden geoptimaliseerd om de drukval en de efficiëntie van de warmteoverdracht in evenwicht te brengen.

IV. Praktische toepassingsgevallen
- Warmteopslagsysteem voor thermische zonne-energie (CSP): Breng een vullaag van nikkelschuim aan in de tank met gesmolten zout om de efficiëntie van de energieopwekking 's nachts te verbeteren.
- Terugwinning van industriële afvalwarmte: gebruik PCM-composietmodules van nikkelschuim/gesmolten zout om restwarmte van uitlaatgassen op hoge- temperatuur terug te winnen.
- Kernenergiesysteem: verbetert als medium voor het verbeteren van de warmteoverdracht in gesmoltenzoutreactoren de efficiëntie van de energieoverdracht.

V. Toekomstige ontwikkelingsrichting
1. Ontwikkel een nikkelschuim met composietcoating (zoals Ni-Al₂O₃, Ni-SiC) om de corrosieweerstand te verbeteren.
2. Ontwerp met gradiëntporiestructuur: Optimaliseer de poriegrootteverdeling langs de warmteoverdrachtsrichting om drukvalverliezen te verminderen.
3. Gecombineerd met nanovloeistoffen: voeg nanodeeltjes (zoals Al₂O₃-nanodeeltjes) toe aan het gesmolten zout om de warmteoverdracht verder te verbeteren met nikkelschuim.
Conclusie
Nikkelschuim lost op effectieve wijze het probleem van de warmteoverdracht bij de warmteopslag van gesmolten zout op dankzij zijn unieke drie- dimensionale warmtegeleidingsnetwerk en structurele stabiliteit. Ondanks de uitdagingen op het gebied van kosten en corrosie heeft het duidelijke toepassingsvooruitzichten op het gebied van warmteopslag bij hoge- temperaturen, snelle respons en compacte systeemconstructie door middel van materiaaloptimalisatie en systeemontwerp, en is het bijzonder geschikt voor scenario's met strenge eisen op het gebied van opslag-/afgiftesnelheden (zoals CSP-elektriciteitscentrales en thermisch beheer van industriële processen). Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verbeteren van de lange- hoge- temperatuurstabiliteit en zuinigheid om grootschalige- toepassingen te bevorderen.