开孔金属泡沫内气液两相流动的可视化

吴浩，索梦善，陶星晓，车志钊，孙凯，陈锐，王天友

（1天津大学内燃机国家重点实验室，天津 300350；2拉夫堡大学航空和汽车工程系，英国拉夫堡LE11 3TT）

开孔金属泡沫是一种由“韧带”结构连接而成的多孔材料，其在保留基体材料性质的同时具有更轻的重量。开孔金属泡沫可通过铸造、发泡、烧结、气相沉淀、3D打印等多种方式加工而成[1]，通过灵活调节其孔径、孔隙率等参数可实现不同的导热、导电和机械性能。开孔金属泡沫孔隙率可达90%以上，具有较高的渗透率，目前已经广泛应用于能源、化工等领域[2-5]。在能源领域，金属泡沫可作为燃料电池流道，为反应物的供给和产物水的排出提供通路，许多研究已经证明金属泡沫可以显著提升燃料电池的功率密度[6-10]。在化工领域，金属泡沫可作为催化剂载体[11-13]，其较高的比表面积可以显著提升反应物与催化剂的接触面积，连通的孔隙结构可以成为反应物和产物的良好通路，反应物的强化传输和产物的快速排出有助于加速反应的进行。深入认识金属泡沫内气液两相流动规律有助于进一步促进金属泡沫在众多领域的应用。

多孔材料内气液两相流动的试验研究方法主要可以分为两类：一类是以核磁共振[14-16]、中子成像[17]、X射线成像[18-20]等为代表的非侵入式成像手段，这些方法可实现多孔介质内流动特性的分析，但其时间分辨率较低，无法捕捉到气液两相流动的动态过程；另一类是光学可视化方法，该类方法时间分辨率高，能够实现两相流动的动态捕捉。……