内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响_图文(精)
关于内螺纹管及光管冷凝器换热效果的实验分析
关于内螺纹管及光管冷凝器换热效果的实验分析秦妍张剑飞(大连三洋压缩机有限公司)摘要采用实验方法,对比分析采用<7 mm 的内螺纹管和光管冷凝器对冷冻系统整机性能的影响。
测试结果表明,采用内螺纹管的冷凝器, 冷凝温度降低 1 K, 压损增大30 % , 功率减小1. 5 % , 换热量增大2. 5 % ,能效比增加3. 3 %。
关键词内螺纹管;光管;性能Exper i m en ta l ana ly s i s on hea t tran sfer effec t of con den ser w ithin terna lly r ibbed tube or s m oo t h tubeQ i n Yan Zhang J i anfe i(D a l i an S AN Y O Comp re s so r Co. , L td. )Con t ra s ts and ana l yz e s the effec t s app l yi ng <7 w ith i n t e r na l l y ri bbed tube o rA B STRAC Ts moo t h tube on engi ne p e r f o r m a nce of ch ill e r syste m. The te s t re s u l ts show tha t the conden s i ngtemp e r a t u r e dec rea s e s1 K, the powe r dec r ea s e s1. 5 % , the hea t i ng tran s fe r ab ility i nc r ea s e s2.5 % and the CO P i nc rea s e s3. 3 %when u s i ng the conden s e r w ith i n t e rna l l y ri bbed tube.KE Y W O R D S i n t e r na ll y ri bbed tube; s moo t h tube; p e r f o r m a nce1 研究背景内螺纹管产生于上世纪70年代,作为强化换热器管内换热、提高空调器能效的关键材料,一直以来被制冷空调行业广泛采用。
高效空调换热器内螺纹铜管的研究及应用
制 冷 与 空 调
Ｒ Ｅ Ｆ Ｒ Ｉ Ｇ Ｅ Ｒ Ａ Ｔ Ｉ ＯＮ ＡＮ Ｄ Ａ Ｉ Ｒ ＯＮ Ｄ Ｉ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｉ Ｎ Ｇ Ｃ ２ ７ ３ ４ －
高效空调换热器内螺纹铜管的研究及应用
汪厚泰
（ 江苏春兰空调设备有限公司 ）
摘 要 分析内螺纹铜管在齿形参数选择以及制造与使用过程中对传热性能的影响因 素 ， 介绍高效空调换 热器内螺纹铜管各齿形参数优化设计及研究试验过程 。 认为对内螺纹铜管进行深入研 究 ， 不但可以提高空 减少能源消耗 ， 而且可以降低企业的生产成本 。 调产品的性能 、 关键词 高效 ； 内螺纹铜管 ； 空调 ； 换热器
收稿日期 ： ２ ０ １ ０ ０ ４ ２ ３ － － ： 通信作者 ： 汪厚泰 ， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｗ ｈ ｔ ｃ ｌ ｌ ｄ ｉ ｎ ａ ． ｃ ｏ ｍ ＠ｓ
８· · ２
制 冷 与 空 调
第１ ０卷
有效的技术措施就是研究并运用传热强化技术 ， 提高 换热器单位面积 的 传 热 量 ， 控 制 其 体 积 和 质 量， 节省 材料 ， 提高换热系数 。 因为 ， 压缩机的性能 通 过 ３ ０多 年的发展 ， 性能系数已 由 原 来 的２． 潜力 ３提 高 到 ３． ５， 而换热器的强化传热改进应该说还 有 很 已十分有限 ， 大的空间 。 空调换热器的传热强化主要表现在 ： ① 制冷 剂 在 蒸发 过 程 的 传 热 强 化； 管内进行冷凝 、 ②翅片与空气 进行热交换的 传 热 强 化 等 方 面 。 其 中 翅 片 与 空 气 进 行热交换的传热强化技术研究方面目前相对成 熟 ， 这 里不予讨论 。 笔者所要讨论的是制冷剂在管 内 冷 凝 、 蒸发过程的传热强 化 技 术 研 究 即 空 调 换 热 器 高 效 传 热管的试验研究过程 。 １ 空调传热管的种类 １． １ 按材料成分 目前空调传热管按材料成分可分为铜管和铝管 。 铝管虽然具有价格 比 铜 管 低 的 优 点 ， 但由于存在 焊接加工工艺性差 、 换热性能差 、 胀管时螺纹易被金属 胀头破坏等诸多缺 点 ， 目前除少数空调生产厂家进行 探索性研究试用外 ， 未被广泛地使用 。 而铜管由于具有较高的热传导率 、 较强的耐 腐 蚀 性、 较好的延展性 和 加 工 性 等 诸 多 优 点 ， 被制冷空调 行业广泛应用 。 铜管又可细分为韧铜管 、 无氧铜管 、 脱氧铜 管 （ 主 。 要是磷脱氧铜管 ） 由于铜管 中 的 磷 脱 氧 铜 管 具 有 强 度 高 、 焊接性 优、 抗软化性好 、 不会发生氢脆等优点 ， 因而磷 脱 氧 铜 管的应用最为广泛 。 １． ２ 按外形 空调传热管按外形可分为圆管 、 椭圆管 。 椭圆管换热器具有如下优点 ： ）椭圆管换热器比圆管 换 热 器 须 要 较 小 的 换 热 １ 面积和较小的风机能耗 ； ）在相同 的 迎 面 风 速 下 ， 椭圆翅片管比圆翅片 ２ 管的空气侧换热系数大很多 ； ）换热系 数 相 同 时 ， 椭圆翅片管的压降小于圆 ３ 管换热器的 。 尽管目前椭圆管换热器具有以上优点 ， 但由 于 受 到工艺水平限制等因素的影响 ， 目前空调传热管 普 遍 采用圆管 ， 椭圆管仍停留在实验室研究阶段 １． ３ 按结构形状 空调传热管按 结 构 形 状 可 分 为 平 滑 管 与 非 平 滑 管， 其中平滑管一 般 称 为 光 管 ； 非平滑管一般为内表 面 带 有 形 似 螺 纹 的 结 构， 通常称为内螺纹管或内 肋管 。 在２ 由于当时内螺纹 加 工 方 法 较 ０ 世纪 ７ ０ 年代 ，
内螺纹换热管内表面传热与阻力特性数值模拟
一、计算模型与验证1.物理模型。
模拟以内管径D in为8.96mm的内螺纹管为对象，其结构参数如图1所示。
内螺纹管的内管径D in=8.96mm，管长L=700mm。
肋底a=0.23mm，肋顶b=0.08mm，肋顶角β=53°,螺纹沿管中心均匀布置。
变量为螺纹头数N和螺旋升角α。
螺纹头数N分别取30，45，60；螺旋升角α取18°，30°，45°，60°。
管内流体为水，管内流体雷诺数处于3200~6400，流动处于湍流状态。
研究表明，湍流状态下，若L/Din>60，则可忽略入口段的影响。
经判断，本次模拟中L/D in=78，故计算结果可以认为不受入口效应的影响。
图1 内螺纹管径向剖面局部示意图2.计算模型验证。
为验证FLUENT软件、标准k-ε湍流模型的准确性，笔者对光管进行试运算，并将计算结果所得努塞尔数Nu0和阻力系数f0与Dittus-Boelter、Gnielinski、Fikonenko关联式、Blasius实验关联式比较。
图2、图3分别是光管的模拟结果Nu0和f0与实验关联式的对比。
Nu0与Dittus-Boelter关联式最大偏差-9.5%；与Gnielinski关联式最大偏差12.4%。
f0与Fikonenko关联式最大偏差-2.51%；与Blasius关联式最大偏差6.21%。
与关联式最大偏差小于15%，故认为两者相关性较好，验证了计算模型的准确性。
图2 光管Nu与实验关联式验证图3 光管阻力系数f与实验关联式验证二、网格与边界条件1.网格划分。
使用ICEM软件建立模型并进行网格划分。
模拟计算使用Fluent 2020R2完成。
在壁面处使用壁面函数法处理近壁面问题，经多次调整首层网格高度并试运算，当首层网格高度大于1.76mm时，满足壁面函数法使用的要求Y+>30。
划分网格结构如图4所示。
图4 使用壁面函数法网格划分示意图2.网格无关性验证。
螺纹管换热效能
螺纹管换热效能介绍螺纹管换热器是一种常用的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源领域。
本文将深入探讨螺纹管换热器的换热效能，包括其原理、影响因素以及优化方法。
原理螺纹管换热器通过将热流体和冷流体分别流过内外两侧的螺纹管，实现热量的传递。
其工作原理可以分为对流换热和传导换热两个过程。
对流换热对流换热是指热流体和冷流体之间的热量传递通过流体的对流传递。
螺纹管的设计可以增加流体之间的接触面积，提高对流换热效率。
此外，螺纹管的流动路径也可以增加流体的流速，加强对流换热。
传导换热传导换热是指热量通过固体壁传导到另一侧的过程。
螺纹管的壁厚度和材料的热导率会影响传导换热的效果。
较大的壁厚度和较高的热导率可以提高传导换热的效率。
影响因素螺纹管换热器的换热效能受多种因素的影响，包括流体性质、螺纹管参数和操作条件等。
流体性质流体的物理性质对换热效能有重要影响。
流体的热导率、密度和粘度等参数会影响热量传递的速率和效果。
高热导率和低粘度的流体有利于提高换热效能。
螺纹管参数螺纹管的参数包括螺距、螺纹角和螺纹深度等。
这些参数会影响螺纹管内的流体流动状态和流速分布，从而影响换热效果。
合理选择螺纹管参数可以提高换热效能。
操作条件操作条件如流体流速、温度差和压力差等也会对换热效能产生影响。
较高的流速和温度差可以促进换热，但过高的压力差可能会导致流体泄漏和能耗增加。
优化方法为了提高螺纹管换热器的换热效能，可以采取以下优化方法。
优化螺纹管设计合理设计螺纹管的几何参数可以改善流体的流动状态，增加接触面积和流速。
例如，增加螺距和螺纹角可以增大流道尺寸，减小流体阻力，提高换热效能。
优化流体性质选择具有较高热导率和较低粘度的流体可以提高换热效能。
在一些特殊应用中，也可以考虑使用具有较大热容量和较高传热系数的工质。
控制操作条件合理控制操作条件可以达到最佳的换热效果。
调整流体的流速、温度差和压力差等参数，以确保在经济和安全的前提下获得最大的换热效能。
内螺纹铜管
简介2发展简史3传热性能4生产过程▪生产工艺▪生产标准▪应用领域1简介内螺纹铜管又称非平滑管，英文名称INNER GROOVED COPPER TUBE(IGT)，是指外表面光滑，内表面具有一定数量，一定规则螺纹的内螺纹TP2紫铜管。
由于内螺纹铜管内表面积的增加，所以它的导热性能要比光管提高百分之二十到三十。
随着世界能源紧张和国内能效比空调准入制度的实行，内螺纹铜管将会被广泛应用到空调制冷行业中。
2发展简史内螺纹铜管的发展大致经历了如下几个发展阶段：（1）山型齿内螺纹管；（2）梯型槽内螺纹管；（3）顶角型内螺纹管；（4）细高齿型内螺纹管。
（又称瘦高齿内螺纹铜管）目前，国外又陆续推出了高低齿齿型、齿顶开槽、双旋向等内螺纹管。
3传热性能按照国标GB/T20928-2007中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示：示例1：TP2 M2 φ9.52×0.30+0.20-53-18/60 GB/T20928-20072、（用TP2制造的，供应状态为M2，外径为9.52mm，底壁厚为0.30mm，齿高为0.20mm，齿顶角为53度，螺旋角为18度，螺纹数为60的无缝内螺纹盘管，）标记为：无缝内螺纹盘管TP2 M2 φ9.52×0.30+0.20-53-18/60 GB/T20928-20072、内螺纹铜管尺寸参数及对其传热性能的影响（1）外径早期空调换热器中使用得较普遍的铜管直径为9.52mm左右，进入1990年以后一些空调器生产企业已经将换热器的传热管管径细化成7.0mm，其中蒸发器管径细化的现象最为普遍。
这种细管径的换热器，由于管与管之间距离缩小，使得肋片效率提高、传热有效面积增加、空气流过时的流动阻力减小，强化传热。
1995年以后，一些家用空调器生产企业又将传热管的管径进一步细化为6mm，甚至5mm，传热效率又进一步提高，尤其是在应用于替代制冷剂R410A的室内机时，由于R410A制冷剂系统的压力比R22的高1.6倍左右，使用细径管有利于提高安全可靠性。
内螺纹铜管基本参数对换热的影响
二、内螺纹铜管标识
按国标GB／T2０928-2０07中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示：
示例1:用TP２制造的,供应状态为M２,外径为９.52mm,底壁厚为0.30mm,齿高为0.20ｍｍ，齿顶角为53度，螺旋角为１8度,螺纹数为6０的无缝内螺纹盘管,标记为:
6、齿数(螺纹数)n
增加齿数即螺纹条数能够增加汽化核心的数目，有利于沸腾换热举措,增加内表面换热面积。但是齿数增加过多，会使齿间距过小,反而减弱了管内流体的被搅拌强度，且加大了齿间液膜厚度,增大了热阻，而降低了换热能力,使得螺纹管的换热效率趋近于光管，故齿数应控制在一定的范围内为宜。
7、槽底宽W
槽底宽尺寸大有利于传热,但槽底宽尺寸过大，胀管后齿高被压低的程度及齿型的变形量增加，传热效率将降低,因此在保证抗胀管强度的前提下，槽底宽大些好。
齿形图
1、外径D
我们蒸发器目前用φ７管径(C型蒸发器用6．3５），冷凝器用φ９．52与φ７管径;由于成本压力,铜管都趋近于细经化，铜管细径化的优点：由于管与管之间距离缩小,使得肋片效率提高、传热有效面积增加、空气流过时的流动阻力减小，强化传热（仅指管外换热，但管内换热面减少的影响远远大于这点，如果实际使用过程中，相同结构能保证管内换热面积相同则细径化优点就能体现出来）,但管径太小会造成冷媒阻力变大；对Ｒ410A来说，其本身压力较高,能克服这种阻力对它的影响，因此铜管细径化对R２2不利。
８、润周长
增加润周长可以增加汽化核心数，使蒸发传热效率显著提高。因此，对于蒸发器用管,管内横截面润周长越大越好。润周长的增加，可以通过增加齿高和减少齿顶角来实现。
强化内螺纹铜管传热的试验研究及分析
Articles论文强化内螺纹铜管传热的试验研究及分析Experimental study on analysis on heat transfer of copper pipe withinternal thread reinforcement唐华李成思式港TANG Hua LI Chengen WUTao广东美的制冷设备有限公司广东佛山528311Guangdong Midea Refrigeration Equipment CO.LTD Foshan528311摘要本文主要研究内螺纹铜管的齿形对翅片管式换热器冷媒侧换热性能的影响。
目前螺旋角通常处于10°〜30°范围内，通过在现有内螺旋纹铜管螺旋角基础上继续加大螺旋角，同时增加齿数，采用单体试验和整机性能试验测试分析螺旋角和齿数对换热器性能影响的趋势，为进一步开发高效节能的铜管打下良好的理论基础。
关键词螺旋角；翅片管式换热器：内螺纹铜管；换热性能AbstractWe mainly studies the influence of the heat transfer performance of the tooth profile of internal thread copper tube in heat exchanger's refrigerant side.The spiral angle is usually in the range of10°to 30°the effect of spiral angle on the performance of heat exchanger was studied by increasing the spiral angle of spiral angle and the lager number of gear tooth.The trend of increasing the helix angle and gear tooth to the heat exchanger performance was analyzed by monomer test and the whole machine performance test.It lays a good the oretical foundation for thes further development of efficient copper tube.KeywordsSpiral angle;Finned tube heat exchanger;Internal thread copper tube;Heat transfer perfonnance内螺纹铜管是目前制冷用空调领域应用域广泛的-种热传导管，产生于2（）世纪70年代，是制造空调器中蒸发器和冷凝器的关键传热材料，其目的在于提高铜管的传热效率，进而提高空调的能效比，满足空调器高效节能的要求。
内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响_图文(精)
第 9卷第 6期制冷与空调2009年 12月REFRIGERA TION AND A IR CONDITIONIN G35238收稿日期 :2009208225通信作者 :郭宏林 ,Email :guohonglin2@126. com内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响董志强郭宏林蔡运亮安鹏涛(金龙精密铜管集团股份有限公司摘要利用 R 22单管传热试验台 , 对相同工况下不同结构参数的内螺纹强化管进行蒸发冷凝换热试验。
通过对比分析试验数据 , 发现改变齿形参数对内螺纹管换热系数影响较大 , 且 Tube 2N EW 换热性能优于其他管型。
关键词内螺纹强化管 ; 蒸发 ; 冷凝 ; 换热系数 ; 齿形 ; 制冷 ; 空调Influence of tooth prof ile parameters of inner 2grooved copper tube on heat transfer performanceDong Zhiqiang Guo Honglin Cai Yunliang An Pengtao(G olden Dragon Precise Copper Tube Group Inc.ABSTRACT By using of t he single t ube laboratory for R 22, test s and compares t he evap 2oration and co ndensation heat t ransfer performance wit h different toot h p rofile parameters of inner 2grooved t ube. The result s show t hat toot h p rofileparameters of inner 2grooved t ube have enormous influence on heat transfer coefficient , and Tube 2N EW has t he best heat t ransfer coefficient.KE Y WOR DS inner 2grooved t ube ; evaporation ; co ndensation ; heat transfer coefficient ; toot h p rofile ;ref rigeration ;air 2conditioning自 20世纪 70年代首次应用于空调换热器 , 内螺纹铜管已经成为制冷换热设备中不可或缺的材料。
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第 9卷第 6期制冷与空调2009年 12月REFRIGERA TION AND A IR CONDITIONIN G35238收稿日期 :2009208225通信作者 :郭宏林 ,Email :guohonglin2@126. com内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响董志强郭宏林蔡运亮安鹏涛(金龙精密铜管集团股份有限公司摘要利用 R 22单管传热试验台 , 对相同工况下不同结构参数的内螺纹强化管进行蒸发冷凝换热试验。
通过对比分析试验数据 , 发现改变齿形参数对内螺纹管换热系数影响较大 , 且 Tube 2N EW 换热性能优于其他管型。
关键词内螺纹强化管 ; 蒸发 ; 冷凝 ; 换热系数 ; 齿形 ; 制冷 ; 空调Influence of tooth prof ile parameters of inner 2grooved copper tube on heat transfer performanceDong Zhiqiang Guo Honglin Cai Yunliang An Pengtao(G olden Dragon Precise Copper Tube Group Inc.ABSTRACT By using of t he single t ube laboratory for R 22, test s and compares t he evap 2oration and co ndensation heat t ransfer performance wit h different toot h p rofile parameters of inner 2grooved t ube. The result s show t hat toot h p rofileparameters of inner 2grooved t ube have enormous influence on heat transfer coefficient , and Tube 2N EW has t he best heat t ransfer coefficient.KE Y WOR DS inner 2grooved t ube ; evaporation ; co ndensation ; heat transfer coefficient ; toot h p rofile ;ref rigeration ;air 2conditioning自 20世纪 70年代首次应用于空调换热器 , 内螺纹铜管已经成为制冷换热设备中不可或缺的材料。
由于内螺纹强化管比光面管的换热性能有显著提高 , 因而在蒸发器和冷凝器中已得到广泛应用。
内螺纹强化管不仅能够提高制冷系统的传热效率从而提高空调能效比 , 而且对降低空调制造和运行成本也起到了关键的促进作用 [1]。
随着全球经济的快速发展 , 在人类寄于生存的地球上 , 环保压力与能源危机让我们感到越来越沉重 , 大到国民经济的发展 , 小到制冷空调行业的趋势 , 节能、环保是必由之路。
我国于 2004年发布了《房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》标准 (1~5级 , 1级为最高 [2], 近期将要求我国房间空调器的能源效率等级到 2010年达到 2级以上 , 低于该等级能效比的产品将禁止进入我国市场 [324]。
高能效空调器的发展需求 , 使得现有制冷元器件换热能力的提升成为关键。
内螺纹管作为空调器的主要换热部件 , 对其研究的深入 , 验证各齿形参数对换热性能的影响程度 , 才能把握内螺纹铜管管型的设计尺度 , 优化各齿形参数 , 从而研发高效传热管以满足市场需求。
笔者针对其所在公司开发的不同齿形铜管进行传热试验 , 并对比分析各参数对传热性能的影响 , 从而以此为方向优化出更高效内螺纹铜管 , 使其对空调系统和换热器的能效提高起到促进作用。
1单管传热性能试验的目的目前家用空调市场上 , 各厂家都在加紧研制高能效比、低成本的空调系统。
内螺纹铜管的传热性能对空调换热器能效比有重要影响 , 同时优化齿形对降低其单位长度质量、节省原材料有很大帮助。
通过模拟内螺纹单管空调工况 , 找出各齿形参数 (齿高、齿顶角、齿条数、螺旋角、螺纹数・ 36・制冷与空调第 9卷对内螺纹单管传热性能的影响程度。
利用得到的蒸发冷凝传热性能数据 , 从综合的角度分析改进各主要参数 , 从而期待设计出一种综合性能大幅提高并且能够大批量生产的内螺纹铜管。
2传热性能试验方案及数据处理方法在相同试验工况下 , 对具有相同外径不同管内齿形参数的内螺纹管分别进行传热试验。
由于试验时严格控制试验工况使其保持不变 , 因此试验测得的不同管型的蒸发、冷凝传热性能数据具有可对比性。
通过试验得到各管型传热测试的多组数据 , 经取直修正处理形成性能线性图。
由图可以算得线性斜率及管型传热性能随制冷剂质量流量变化的线性方程 , 并由方程式得到每个质量流速所对应的换热系数。
以普通齿 (开发较早 , 齿形参数简单 , 易加工 , 并广为应用的内表面换热性能系数为基准 , 将其他管型参数的内螺纹管与其进行对比 , 从而可知齿高、齿顶角、螺旋角、齿条数中的任一种具体参数对此规格内螺纹管性能的影响。
然后 , 利用对比得出的各种数据分析各管型传热性能的优劣 , 并确定新型内螺纹管的优化方向。
最后 , 结合内螺纹管加工工艺进行科学的管型优化设计并制造出一种新的内螺纹管型。
对这种新管型再次进行相同工况条件下的蒸发、冷凝传热性能试验 , 并与普通齿单管传热试验数据作图对比 , 得出管型优化的方向 [5]。
2. 1传热试验装置和试验方法单管传热试验装置系统如图 1所示 , 试验装置主要由压缩机、油分离器、贮液罐、质量流量计、电磁膨胀阀、冷凝试验段及蒸发试验段组成 , 制冷工质为 R 22, 试验管长 3m , 试验计算过程中 , 铜的导热系数为 398W/(m ・ K 。
图 1单管传热试验装置系统图试验段为套管式换热器 , 其内管为所测试验样管。
管内为制冷剂 , 管外为水 , 二者逆向流动。
为保证试验精度 , 试验装置采用高精度温度、压力传感器和数据采集系统 , 通过变频器调节压缩机频率和电子膨胀阀调节制冷剂流量 [627]。
利用上述调节手段使试验样管进出口条件达到试验工况 (见表 1 , 并在一段时间内保持不变。
表 1工况条件蒸发冷凝饱和压力 0. 6MPa 饱和温度 45℃入口干度 0. 16~0. 18入口过热 15~25℃出口过热5~6℃出口过冷2~3℃质量流速 150~500kg/(m 2・ s 质量流速 150~500kg/(m 2・ s根据所测得水侧与冷媒侧的进出口温度、压力参数进行热阻分析 , 通过计算可分别获得内螺纹管的蒸发与冷凝内表面传热系数 :h =k -2λln d i -h w d o (1其中 , k =-Aln (1-ε(2 h w =0. 023λdRe0. 8Prn(3Q w =m w c w |t wo -t wi |Q r =m r |h o -h i |式中 :h 为管内换热系数 (W/(m 2・ K ; A 为换热面积 (m 2 ; m 为质量流量 (kg/s ; h i 和 h o 分别为进出口焓值 (J /kg ; c w 为水的定压比热容 (J /(kg ・ K ; d i 和 d o 分别为供测试管的内径或外径 (mm ; Re 为雷诺数 ; Pr 为普朗特数 ; 冷凝时 n =0. 4, 蒸发时 n =0. 3;ε为效能; λ为导热系数 (W/(m ・ K ; k 为总换热系数 (W/(m 2・ K ; Q 为总换热量 (J ; 下标 w 表示水 ,r 表示制冷剂。
2. 2试验样管作为螺纹管的重要规格参数 , 齿型参数也是影响内表面换热系数的重要因素。
内螺纹管的强化换热机制属于被动式强化换热技术 , 它通过机械加工扩展接触面积或改变管子内表面形态等措施达到强化管内制冷剂侧的蒸发换热的目的。
制冷系统中管内蒸发换热的主要形式是流动沸腾换热。
沸腾是通过大量气泡的生成、成长、运动 , 使制冷剂由液态转化为气态的一种剧烈的蒸发换热过程 , 所以沸腾受到两相流的流动和沸腾换热相变的双重影响。
对沸腾换热在总体上产生影响的是表面活化穴的分布。
以上内螺纹管内表面都含第 6期董志强等 :内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响・ 37・有微型翅片槽 , 哪种能提供更多的潜在的汽化核心 , 核态沸腾越强就越有利于增强换热效果。
根据以上分析 , 以 Tube 2GF 为基准管进行单一参数上的改变而得到的 4种管型 (A ,B ,C ,D , 并根据 4种管型的试验结果 , 进一步改进得到 Tube 2N EW , 内螺纹管管型示意图如图 2所示。
具体齿形参数见表 2, 其中 ,A 管型加大了齿顶角度 , B 管型增加了齿条数量 , C 管型降低了齿高度 ,D 管型增大了螺旋角度 , Tube 2N EW 管型是综合各个参数优化设定的。
对这 6种内螺纹试验管进行单管传热性能测试。
图 2内螺纹铜管齿型示意图表 2各内螺纹管齿形参数编号 Tube 2GF Tube 2A Tube 2B Tube 2C Tube 2D Tube 2N EW 管型普通齿内螺纹铜管大齿顶角内螺纹管多齿条数内螺纹管低齿高内螺纹管大螺旋角内螺纹管新型内螺纹铜管外径 D /mm 777777底壁厚δw /mm 0. 250. 250. 250. 250. 250. 24齿高 H f /mm 0. 180. 180. 180. 100. 180. 14齿顶角α/(° 405540404020螺纹角度β/(° 181818182835齿条数 n 505060505060单位长度内表面积 /(mm 2/cm 334. 08320. 52357. 95275. 18359. 85393. 23单位长度质量 /(g/m 57. 4759. 3559. 5351. 4858. 2753. 653试验结果与分析3. 1蒸发试验数据及分析图 3为不同管型内螺纹铜管的蒸发传热性能随制冷剂质量流速的变化情况。
图 3可以看出 : Tube 2N EW 内表面蒸发换热系数最高 , 比 Tube 2 GF 的内表面蒸发换热系数高 28%左右 , 而且随质量流速的增加其换热系数增长得最快。
Tube 2A 和 Tube 2C 的内表面蒸发换热系数比 Tube 2GF 分别低 4%和 9%左右 , 而 Tube 2B 和 Tube 2D 内表面换热系数则比 Tube 2GF 高 7%和 17%。