王凱 張繼軒

【摘 要】銅價(jià)的居高不下和降本增效壓力的日益增大，以及我國(guó)富鋁貧銅和鋁材價(jià)格僅為銅材1/4的現(xiàn)狀，使得鋁代銅的研究一直熱度不減。本文在內(nèi)螺紋相變換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，分別對(duì)一根銅光管、一根鋁包銅光管、一根內(nèi)螺紋銅管和一根內(nèi)螺紋鋁管，在蒸發(fā)溫度6±0.2℃、入口干度17%、出口過(guò)熱度5±0.2℃時(shí)，進(jìn)行了沸騰換熱實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，內(nèi)螺紋的存在大大提升了管子的換熱性能。雖然內(nèi)螺紋鋁管的管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)不及內(nèi)螺紋銅管的高，但內(nèi)螺紋鋁管的單位長(zhǎng)度重量不及內(nèi)螺紋銅管的一半。因此，在銅價(jià)持續(xù)走高的情況下，對(duì)內(nèi)螺紋鋁管的研究還是有必要的。

【關(guān)鍵詞】銅管;鋁管;換熱性能

引言

從《產(chǎn)業(yè)在線數(shù)據(jù)》獲悉，2013年至2016年，每年空調(diào)的銅管用量在40萬(wàn)噸，2017年和2018年分別為60萬(wàn)噸。如此大規(guī)模的銅材用量，使得銅替代材料的研究熱度居高不減。鋁材因其良好的導(dǎo)熱性、易加工性和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，一直是大家的重點(diǎn)關(guān)注和研究對(duì)象，但關(guān)于傳熱性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，文獻(xiàn)較少。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，給出了一組內(nèi)螺紋銅管和內(nèi)螺紋鋁管的蒸發(fā)換熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為內(nèi)螺紋鋁管在蒸發(fā)器中的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考。

1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括冷凝測(cè)試段，蒸發(fā)測(cè)試段，循環(huán)水系統(tǒng)，測(cè)量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)段為水平放置的套管裝置，冷媒流于管內(nèi)，水逆向行于管外。溫度測(cè)量的不確定度為±0.05℃，冷凝換熱系數(shù)的最大不確定度為±5%。

2實(shí)驗(yàn)樣管

實(shí)驗(yàn)管外徑均為9.52mm，參數(shù)見(jiàn)表1。冷媒采用R22

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1為蒸發(fā)溫度6-7℃、入口干度17%、出口過(guò)熱度5-6℃、管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速為125-250（Kg / m2 s）時(shí)，實(shí)驗(yàn)管管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)hi與管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速的關(guān)系曲線。

圖2為蒸發(fā)溫度6±0.2℃、入口干度17%、出口過(guò)熱度5±0.2℃、管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速為100-350（Kg / m2 s）時(shí)，實(shí)驗(yàn)管管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)hi與管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速的關(guān)系曲線。

由表1、圖1和圖2，可以看出：

（1）無(wú)論銅光管還是銅螺紋管的管內(nèi)換熱系數(shù)均優(yōu)于對(duì)應(yīng)的鋁管，這與銅材和鋁材不同的導(dǎo)熱系數(shù)和管內(nèi)不同參數(shù)的螺紋加工有關(guān)系。

（2）內(nèi)螺紋銅管和內(nèi)螺紋鋁管的管內(nèi)換熱面積，因螺紋凸起的存在，使得換熱面積得到了提升，經(jīng)粗略計(jì)算，內(nèi)螺紋銅管的管內(nèi)換熱面積是同管徑同壁厚銅光管的約1.72倍，內(nèi)螺紋鋁管的管內(nèi)換熱面積是同管徑同壁厚鋁光管的約1.50倍。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無(wú)論銅管還是鋁管，換熱面積的增大，對(duì)換熱能力的提升是有益的。

（3）在實(shí)驗(yàn)流速范圍內(nèi)，管內(nèi)換熱系數(shù)均隨管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速的增大而增大。

4結(jié)束語(yǔ)

雖然內(nèi)螺紋鋁管的管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)不及內(nèi)螺紋銅管的高，但內(nèi)螺紋鋁管的單位長(zhǎng)度重量不及內(nèi)螺紋銅管的一半。因此，在銅價(jià)持續(xù)走高的情況下，對(duì)內(nèi)螺紋鋁管的研究還是有必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉敏、李輝、龔鵬、王維城、李瑞霞，清華大學(xué)熱能工程系熱能動(dòng)力工程與熱科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100084.水平微肋管內(nèi)蒸發(fā)及冷凝換熱性能研究.《工程熱物理學(xué)報(bào)》2006年第3期.

[2]張繼軒、周媛媛、 李輝、 劉志穎、王凱、史琳. 水平微肋管內(nèi)冷凝換熱及壓降性能實(shí)驗(yàn)研究. 2015年中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)

作者簡(jiǎn)介：王凱（1967.10--），女，陜西西安人，漢族，碩士，工程師，研究方向?yàn)榭照{(diào)。

張繼軒，男，河南新鄉(xiāng)人，漢族。