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 ith
in terna lly r ibbed tube or s m oo t h tube
Q 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 r
A B STRAC T
s 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 ng
temp 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 nce
1 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。

特别是近年来, 随着螺纹管生产工艺的发展及成本的逐步降低,空调器两器多采用内螺纹管。

关于内螺纹管强化换热的效果,一直以来有
很多理论分析和实验检测。

由于制冷剂在管内呈两相状态,传热过程复杂,理论计算多采用经验公式,并在实验的基础上进行修正的方式。

Louay M. Cha m ra等[ 1 ]详细总结了现有螺纹管内纯工质的冷凝换热系数模型以及不同模型与实测结果之间的绝对误差。

在实验研究中,为了更清晰地比较内螺纹管及光管的换热性能差别,多数学者将换热管作为研究对象[ 224 ] 。

分析表明,与光管相比,不同形式内螺纹管换热系数提升值有所差别,主要受齿顶角、齿高、螺纹角的影响。

大齿顶角、大齿高、大螺纹角的内螺纹管形式强化换热的效果要好,总的来说平均管内换热系数在光管的 1. 3倍到2倍左右[ 225 ] 。

以往对冷冻系统整机换热效果及能效的提升研究却很有限,罗欣等[ 6 ]给出了在1 hp和1. 5 hp空调器整机上测得的采用替换成内螺纹的冷凝器系统能效提升测试数据,提升量为4 % ,但是否是与光管冷凝器进行的比较不甚清晰。

笔者设计一套制冷系统,对分别使用内螺纹管和光管冷凝器的空调进行整机测试, 对采用光管及内螺纹管冷凝器的冷冻系统进行换热量及能效的整体评价。

2 实验方法及测试工况
2. 1 测试系统
利用焓差测试原理,对7 hp 冷冻系统进行性能测试,改变冷凝器铜管的形式,分别对光管冷凝器和内螺纹管冷凝器进行测试,对比二者性能差别。

冷凝器铜管内径为<7 m m,实验系统如图 1 所示。

其中温度测试采用高精度铂电阻(精度
收稿日期: 2010 209 229
作者简介:秦妍,硕士,工程师,副主任,主要从事空调系统匹配及换热器研究。

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图 1 实验系统图
±0. 1 ℃) , 压力采用高精度压力传感器(精度
±0. 25 % ) 。

2. 2 测试工况
根据表1的测试工况进行测试,控制冷凝器进
风温度、压缩机吸气温度,测定不同蒸发温度下系
统的换热量、能效等参数。

表 1 测试工况
蒸发温度/ 冷凝器进风吸气温度/ 质量流速/ 热流密度/
温度/ ℃℃( kg / (m2 ·s)) ( k W /m2 )
℃
数值- 5 / - 10 / - 23 32 18. 3 150 6. 7
3 测试结果
测试结果见表2。

表 2 光管与内螺纹管空调器性能的差别
蒸发温度/ ℃- 5 - 10 - 23
光管
内螺纹管
46. 25
45. 07
44. 45
43. 23
41. 25
40. 52
冷凝温度/ ℃
压损/ % 内螺纹管133. 15 137. 82 134. 62
功率/ % 内螺纹管98. 45 99. 08 99. 52
换热量/ %内螺纹管100. 82 102. 32 102. 85
能效/ % 内螺纹管102. 41 103. 27 103. 34
注:百分比为螺纹管占光管的百分比数据。

从测试结果可以看出,采用内螺纹管冷凝器
与采用光管冷凝器相比,系统冷凝温度低 1 K左
右,能效比增大 3 %。

图 2 ～图 6 列出了不同蒸发温度下, 2 种管型
冷凝器在系统上匹配时, 冷凝温度、压损、功率、
换热量、能效比的差别。

从测试结果看, 采用内
螺纹管后,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%。

4 结论
1 ) 在系统上使用时,本实验所用的<7 m m 内
螺纹管与光管冷凝器相比,在- 5 ～- 23 ℃蒸发温
度范围内,整机换热能力提升 2. 5%,能效比提升
3. 3% ;
2 )作为冷凝器的铜管,内螺纹管压损较光管
大30 % ,冷凝温度较光管低 1 K。

第 1 期
秦妍 等 :关于内螺纹管及光管冷凝器换热效果的实验分析
· 61 ·
2005 ( 48 ) : 1293 21302. K Seo Y Ki m . Evapo ra tion hea t tran sfe r and p re ssu r e d rop of R 222 in 7 and 9. 52 mm s moo th /m ic r o 2fin tube s [ J ]. I n t e r na t iona l Jou r na l of H e a t and M a s s Tran s fe r , 2000 , 43: 2869 22882.
M an 2Hoe Ki m , Joeng 2Seo b Sh in . Conden sa tion hea t
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董志强 , 郭宏林. 内螺纹铜管齿形参数对传热性能的
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罗欣. 空调 能 效 比 与 高 效 传 热 内 螺 纹 铜 管 的 发 展
[ J ]. 铜业工程 , 2007 ( 2 ) : 33 234.
[ 2 ]
[ 3 ] [ 4 ] 图 6 不同蒸发温度下 2 种铜管冷凝器能效差别 参 考 文 献
[ 5 ] [ 1 ] Louay M Cham ra, Ped r o J M ag o . Mode l ing of conden s a 2
tion hea t tran s fe r of p u r e refrig e r an t s in m ic r o 2fin t ubes [ J ]. In t er na t iona l Jou r na l of H e a t and M a s s Tran s fe r ,
[ 6 ] 《 制冷与空调 》征稿启事
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调工业协会服务行业与企业健康发展的宗旨 ,作为协会会刊 ,《制冷与空调 》自 2011 年起将增设以下 3 个 专题栏目 :
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中国制冷空调工业协会 《制冷与空调 》编辑部 二 A 一一年二月十日。