銅管與鋁管的換熱性能對比實驗

王凱 張繼軒

【摘 要】銅價的居高不下和降本增效壓力的日益增大，以及我國富鋁貧銅和鋁材價格僅為銅材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)螺紋相變換熱實驗臺上，分別對一根銅光管、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%、出口過熱度5±0.2℃時，進行了沸騰換熱實驗。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)螺紋鋁管的單位長度重量不及內(nèi)螺紋銅管的一半。因此，在銅價持續(xù)走高的情況下，對內(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40萬噸，2017年和2018年分別為60萬噸。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、易加工性和價格便宜等優(yōu)點，一直是大家的重點關(guān)注和研究對象，但關(guān)于傳熱性能的對比實驗結(jié)果，文獻較少。本文通過實驗比較，給出了一組內(nèi)螺紋銅管和內(nèi)螺紋鋁管的蒸發(fā)換熱實驗結(jié)果。為內(nèi)螺紋鋁管在蒸發(fā)器中的設(shè)計應(yīng)用提供參考。

1實驗系統(tǒng)

實驗臺主要包括冷凝測試段，蒸發(fā)測試段，循環(huán)水系統(tǒng)，測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實驗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實驗樣管

實驗管外徑均為9.52mm，參數(shù)見表1。冷媒采用R22

3實驗結(jié)果與分析

圖1為蒸發(fā)溫度6-7℃、入口干度17%、出口過熱度5-6℃、管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速為125-250（Kg / m2 s）時，實驗管管內(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%、出口過熱度5±0.2℃、管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速為100-350（Kg / m2 s）時，實驗管管內(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）無論銅光管還是銅螺紋管的管內(nèi)換熱系數(shù)均優(yōu)于對應(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。通過實驗驗證了無論銅管還是鋁管，換熱面積的增大，對換熱能力的提升是有益的。

（3）在實驗流速范圍內(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

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)螺紋鋁管的單位長度重量不及內(nèi)螺紋銅管的一半。因此，在銅價持續(xù)走高的情況下，對內(nèi)螺紋鋁管的研究還是有必要的。

參考文獻

[1]吳曉敏、李輝、龔鵬、王維城、李瑞霞，清華大學(xué)熱能工程系熱能動力工程與熱科學(xué)重點實驗室，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》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驗研究. 2015年中國工程熱物理學(xué)會傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)年會

作者簡介：王凱（1967.10--），女，陜西西安人，漢族，碩士，工程師，研究方向為空調(diào)。

張繼軒，男，河南新鄉(xiāng)人，漢族。