制冷装置铜制翅片换热管外压设计的试验研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究摘要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。
对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。
本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。
正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能1 绪论1.1课题背景及研究意义换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。
例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。
它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。
例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。
由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。
制冷空调换热器的研究进展(一)——小管径翅片管换热器
制冷空调换热器的研究进展(一)——小管径翅片管换热器丁国良; 吴国明; 刘挺【期刊名称】《《家电科技》》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】7页(P40-45,58)【关键词】空调器; 翅片管换热器; 小管径; 翅片; 分配器【作者】丁国良; 吴国明; 刘挺【作者单位】上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240; 中国家用电器研究院北京 100053【正文语种】中文1 引言换热器是制冷空调设备中的重要组成部件。
在影响制冷空调产品整机能效的各项因素中，换热器传热温差导致的不可逆损失是其中最主要的因素；在决定整机体积大小的因素中，换热器也大多是最主要因素。
因此，换热器的优化成为制冷空调产品中提升能效、减少体积与材料消耗的关键。
应用于制冷空调产品中的换热器型式较多，包括翅片管式换热器、板式换热器、微通道换热器等。
这些换热器的技术进展，主要在换热性能提升、生产工艺改进，以及和整机的优化匹配。
换热器长时间运行后，会出现性能衰减的问题，从而导致空调器的能效降低，因此换热器在长期运行条件下能否保持高效的换热性能也是技术发展的重要方向。
翅片管式换热器是目前应用最广泛的换热器型式，其中管子采用铜管，翅片采用铝片。
家用空调器的蒸发器和冷凝器基本上均采用翅片管式换热器，该型式换热器每年的产量达到数亿套。
目前翅片管式换热器的主要研究进展是紧凑化，即采用小管径铜管。
小管径换热器具有更高的换热系数和更低的制造成本，有利于提高空调器的整机性能。
近年来，小管径换热器的优化设计、制造工艺、实际应用等方面研究进展很大，使得小管径空调占据超过20%的空调器市场。
鉴于制冷空调产品中换热器的重要性，作者拟采用系列论文的形式，介绍相关技术进展。
本文作为其中的第一篇，介绍小管径翅片管式换热器技术的进展。
2 翅片管换热器细径化的原因与优点翅片管式换热器紧凑化的一个主要方法，是采用较小管径铜管（通常≤5mm）的换热器替代现有换热器中直径较大的铜管。
翅片管换热器空气侧换热论文
翅片管换热器空气侧换热及压降的性能分析摘要：对波纹翅片管及百叶窗翅片管两种换热器在析湿工况下空气侧的换热压降特性进行了试验研究，分析了不同温度进水工况条件对波纹翅片和百叶窗翅片管换热量、空气侧换热因子和摩擦因子的影响。
结果表明：随着入口水温的增加，两种翅片空气侧的换热因子都增加，两者相差比较小，变化趋势一致；随着入口水温的增加，两种翅片空气侧的摩擦因子都降低，变化趋势一致；当入口水温相同时，两种翅片空气侧的换热因子都随着管内流体雷诺数Re的降低而增加，而摩擦因子都随着管内流体雷诺数的降低而降低。
关键词：翅片管换热器；空气侧；换热系数；压降；进水温度前言翅片管式换热器被广泛应用于空调、制冷及化工领域。
当翅片管式换热器的表面温度低于流通空气的露点温度时，翅片表面会产生结露，产生冷凝水，此现象称之为析湿。
在析湿条件下翅片换热特征要比干工况复杂许多，空气状态变化既有热量的传递又牵涉到传质的变化，对于此类问题的研究大多是先从试验找现象，再去理论研究翅片表面的热质交换。
翅片管式换热器空气侧换热的研究对改进翅片的结构形式、推出更加紧凑、节能及节材型换热器，提高换热器的换热效率，有重要的研究意义。
目前国内外关于翅片管式换热器空气侧特性的研究主要有Wang et al 研究了波纹高度对波纹翅片管换热器空气侧特性的影响，总结了百叶窗式换热器的通用换热和压降关联式；李斌等得到了正弦波纹翅片管束在析湿条件下的换热和阻力特性，得出了空气侧的换热和阻力关联式；马小魁、张圆明、丁国良的研究着重于亲水层对换热器性能影响的研究；高晶丹等分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。
换热器空气侧特性研究主要都是集中在空气特性变化对其的影响，而管内进水温度变化对翅片管换热器的影响没有过多的介绍及研究，并没有展开过详细系统的研究。
本文借助于水与空气系统试验中得到的相关数据，通过实验和数值模拟拟合相结合的方法分别对波纹翅片和百叶窗翅片管换热器在不同的进水温度下的换热、压降特性进行研究分析，得出了两种翅片不同的换热和压降关联式。
新型管翅式换热器的CFD分析及实验验证
ｍ ， ｍ管间距为 ２． ｍ ， ５ ｍ翅片厚 ０ ０ ｍ， ４ ． ５ｍ 单排如图 １ １ 所示 、 双排如图 ２ 所示 。椭 圆扁管管翅式换热器的翅片
宽为 ２ ｍ管 间距 为 １ ｍ， ２ｍ ， ７ｍ 翅片厚 ０１５ｍｍ， ．２ 片距 １ ｍ， 圆扁管 截 面 图如 图 ３４所 示 。 ．ｍ 椭 ４ ，
ＣＦ Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｅｘ ｅ ｍｅ ｔｌＶｅ ｆｃ ｔｏ ｎ Ｎｅ ｔｐ ｉ — ｕ ｅ Ｈｅ ｔＥｘ ｈ ｎ ｅ Ｄ ａｙ ｉ ｎ ｐ ｒ ｎ ａ ｒｉ ａｉｎ ｏ ｗ－ ｙ ｅ Ｆ ｎ— ｂ ａ ｃ ａ ｇ ｒ ｉ ｉ ｔ
ＬＩ Ｘｉ ｏ ａ ＺＨＯＮＧ Ｕ ａ －ｆ ｎｇ ， Ｙｕ
摘要 ： 对一种椭圆扁管管翅式换 热器 与一 种圆管管翅式换 热器的换 热性能进行 Ｃ Ｄ数值分析 ， Ｆ 分析表 明， 在相同风速下 ， 椭圆 扁管管翅式换热器具有更高的性能与成本优势 ， 实验也证实了这一结论。
关键词： 空调 器 ； 热 器 ；Ｆ 换 ＣＤ
中图 分类 号 ： Ｆ ０ ． Ｔ７ １ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
热及 流动特性 进行 研究 ， 由于椭 圆管 制造 困难 及承 压能力 较 低 ， 工程 上 并没 有 得 到发展 。近年来 ， 圆 但 在 椭
管、 波纹管及其它低阻力管形在换热器 中的应用越来越广泛嘲 但在家用空调器行业 中还没有应用的例子 ， ， 最
近众多空调 器生产 企业 正对 椭 圆扁管 管翅式 换热 器进行 研究 ， 以寻 找更 高性 能 和低 成 本 的换 热器方 案［ ６ １ 。 通过对 一种椭 圆扁 管管 翅式 换 热器 与一 种 圆管管 翅式换 热 器 的换 热 性 能进行 Ｃ Ｄ数 值分 析 ， Ｆ 并经 测 试 样机 ， 结果证 明 了 Ｃ Ｄ的数值 分 析结 果 。 Ｆ
翅片管换热器空气侧换热及压降的性能分析
翅片管换热器空气侧换热及压降的性能分析作者：蒋治民谷波来源：《建筑建材装饰》2015年第03期摘要：对波纹翅片管及百叶窗翅片管两种换热器在析湿工况下空气侧的换热压降特性进行了试验研究，分析了不同温度进水工况条件对波纹翅片和百叶窗翅片管换热量、空气侧换热因子和摩擦因子的影响。
结果表明：随着入口水温的增加，两种翅片空气侧的换热因子都增加，两者相差比较小，变化趋势一致；随着入口水温的增加，两种翅片空气侧的摩擦因子都降低，变化趋势一致；当入口水温相同时，两种翅片空气侧的换热因子都随着管内流体雷诺数Re的降低而增加，而摩擦因子都随着管内流体雷诺数的降低而降低。
关键词：翅片管换热器；空气侧；换热系数；压降；进水温度前言翅片管式换热器被广泛应用于空调、制冷及化工领域。
当翅片管式换热器的表面温度低于流通空气的露点温度时，翅片表面会产生结露，产生冷凝水，此现象称之为析湿。
在析湿条件下翅片换热特征要比干工况复杂许多，空气状态变化既有热量的传递又牵涉到传质的变化，对于此类问题的研究大多是先从试验找现象，再去理论研究翅片表面的热质交换。
翅片管式换热器空气侧换热的研究对改进翅片的结构形式、推出更加紧凑、节能及节材型换热器，提高换热器的换热效率，有重要的研究意义。
目前国内外关于翅片管式换热器空气侧特性的研究主要有Wang et al 研究了波纹高度对波纹翅片管换热器空气侧特性的影响，总结了百叶窗式换热器的通用换热和压降关联式；李斌等得到了正弦波纹翅片管束在析湿条件下的换热和阻力特性，得出了空气侧的换热和阻力关联式；马小魁、张圆明、丁国良的研究着重于亲水层对换热器性能影响的研究；高晶丹等分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。
换热器空气侧特性研究主要都是集中在空气特性变化对其的影响，而管内进水温度变化对翅片管换热器的影响没有过多的介绍及研究，并没有展开过详细系统的研究。
本文借助于水与空气系统试验中得到的相关数据，通过实验和数值模拟拟合相结合的方法分别对波纹翅片和百叶窗翅片管换热器在不同的进水温度下的换热、压降特性进行研究分析，得出了两种翅片不同的换热和压降关联式。
空调管翅式换热器液压胀接力的研究
空调管翅式换热器液压胀接力的研究摘要：管翅式换热器是空调系统中的核心设备，其质量可以影响到空调使用寿命和性能。
传统的机械胀接方式因其稳定高效的优点被普遍使用，但换热管的内螺纹结构会受到破坏从而降低换热器传热性能，在如今小管径换热管胀接需求下，机械胀接更容易导致管体弯折破损。
本文通过液压胀接代替机械胀管方式对换热管与翅片进行胀接能有效的避免带来的弊端，并研究得出合理液压力大小，再通过金相显微镜观察翅片与换热管有效接触面积来判断其胀接质量。
结果表明，通过液压胀接方式能有效保护内部螺纹结构，且液压胀接力为10MPa时胀接质量最佳。
关键词：管翅式换热器；液压胀接；液压力随着人们对空调性能要求提高，空调行业也由传统的速度规模型向质量效益性转型升级[1]。
其中换热器是影响空调器耗能的核心部件，如图1所示它由换热管（无缝内螺纹铜管）与亲水铝箔翅片（铝箔）组成。
管内表面采用螺纹设计，不仅可以增加内表面的传热面积，还可以促进制冷剂的紊流，从而提高换热器的热传导效率[2]。
相较于无内螺纹的光面铜管，螺纹铜管换热效率可以提高20%-30%，并且降低15%的能耗。
图1管翅式换热器结构常见的换热管胀接方法主要有四种：机械胀接，爆炸胀接，液压胀接，橡胶胀接[3]。
机械胀接是通过带有锥度的胀接芯轴带动胀珠旋转，并在换热管内部碾压，使铜管膨胀，利用铜管与翅片之间的残余压力完成连接的过程[4-5]。
机械胀接由于技术成熟、生产效率高等优势，至今仍被国内外广泛应用[6]。
但在机械胀接过程中，会对内螺纹铜管的内壁带来加工硬化及一定的拉划破坏，可能会影响无缝内螺纹铜管的传热效率。
当换热管直径更小时（如小于5mm），机械胀接难以实现可靠的胀接。
管材液压胀形（Tube Hydroforming，简称THF）是一种利用液压流体作为均匀成形介质，将金属管加工成复杂空心件的非机械成形技术[7]。
现探究利用液压胀接来对管翅式换热器的内螺纹铜管与翅片进行连接，将均匀的液压力作用于内螺纹铜管的内表面，使铜管直径胀大而贴紧翅片内表面。
一种特殊板翅式电器冷却器的换热及压降特性的研究
12kw
Qv 3900m3 / h
45C
2 模型分析及计算
2.1 传热过程的研究分析 铝制板翅式散热器， 散热器的冷凝段的芯体采用的翅片、 封条、 隔板经过真空焊接后形成的液体通道。 由隔板与隔板形成的液体通道可以在很小的空间内得到较大冷凝面积，即在相同冷凝空间相与热管式散热 器相比较板翅式散热器的冷凝段的面积可以做的比较大，因此板翅式散热器可以更好、更快的将更多的热 量散放到外界去。板翅式散热器的工作原理：散热器蒸发段的底面为平面基板，基板与半导体功率器件之 间通过涂抹一层导热硅脂将两者紧密的集合在一起，半导体元器件工作产生的热量先是通过辐射和导热的 方式传递给基板，导热基板以导热的方式将热量透过热管蒸发段管壁进入内腔使冷却介质受热，冷却介质 通常选用纯净水+乙二醇的混合液对变流器功率模块半导体进行冷却。在散热器内部处于真空状态工质受 热容易沸腾，沸腾蒸发产生的蒸汽顺着冷凝段的冷凝通道上行，蒸汽上行的过程在冷凝段凝结释放出潜热 变为液态，凝结在冷凝避免的工质在重力的作用下回到蒸发段的液池内，并进入下一个循环。冷却介质将 吸收热量在冷凝段释放后再通过外部的二次冷却散发到大气中去。图 1 为散热器工作原理图。
82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 20 25 30 35 40 散热器进口空气温度 ℃
5m/s 6m/s 7m/s 8m/s
44 42
5m/s 6m/s 7m/s 8m/s
换热系数 W/(m2·K）
K值 W/(m2·K）
40 38 36 34 32 20 25 30 35 40 散热器进口空气温度 ℃ 45
f ——换热系数的摩擦因子； L ——为换热器通道长度，m； De
翅片管束外强制对流换热系数及阻力的测定实验
翅片管束外强制对流换热系数及阻力的测定实验一、实验目的1．了解对流换热的实验研究方法；2．学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法3．学习测量风速、温度、热量的基本技能。
二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及流体物性等的关系可用下列准则方程式描述：Nu = f (Re，Pr) （12.2—1）实验研究表明，空气横掠管束表面时，由于空气普郎特数(Pr=0.7)为常数，故一般可将上式整理成下列的指数形式，Nu m = C Re m n （12.2—2）式中Nu m——努谢尔特准则，Nu m=α d / λm ；Re m——雷诺准则Re m = ω d / νm；C、n——均为常数，由实验确定。
上述各准则中α——壁面平均对流换热系数，W／m2·℃；d——实验管外径，作为定性尺寸，m；λ——空气导热系数，W／m·℃；ω——空气流过实验管外最窄截面处流速，m／s；ν——空气运动粘度，m2／s。
角下标“m”表示以空气边界层平均温度t m = 0.5(t w+t f)作为定性温度。
式中t w为实验管壁面平均温度，[℃]，t f为空气平均温度，[℃]。
本实验的任务在于确定C与n的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度t w 、空气温度t f 、微压计动压头h、测试段静压差H（阻力）。
至于α、ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。
得到一组数据后，可得一组Re、Nu值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组Nu、Re值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、实验设备本对流实验在实验风洞中进行。
实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。
实验风洞如图12.2-1所示(温度计、微压计、电位差计、调压变压器等在图中未示出)。
翅片管换热器的性能实验研究
翅片管换热器的性能实验研究翅片管换热器的性能实验研究引言：换热器是工业生产过程中广泛应用的设备，其作用是实现不同介质之间的热量传递。
翅片管换热器作为一种常见的换热器类型，其结构简单，可靠性高，并具有较高的换热效率。
本文将对翅片管换热器的性能进行实验研究，探究其换热性能，并为工程实践提供参考。
一、实验方法：1. 实验装置：本实验采用一套自行构建的翅片管换热器实验装置，包括主体管道、水箱、电加热器、温度传感器等。
2. 实验流程：（1）将水箱内的水加热至设定温度。
（2）将水泵打开，使水通过主体管道进入翅片管换热器。
（3）启动电加热器，调整加热功率，保持主体管道中的水温度恒定，并记录设定温度。
（4）在水进出口处分别安装温度传感器，实时监测水的进出口温度数据。
（5）记录加热功率、冷却水流量等实验参数。
二、实验结果：1. 翅片管换热器的换热效率随着加热功率的增加而增加，但增长速度逐渐减小，呈现递减的趋势。
2. 随着进出口温差的增大，换热效率也会增加。
3. 冷却水流量对换热效率有一定影响，流量过大或过小都会导致换热效率下降。
三、讨论：1. 加热功率对换热器的换热效率具有重要影响。
随着加热功率的增加，换热器内水流速度加快，使得热量更充分地传递给冷却介质。
但当加热功率较高时，受限于水流速度的提高上限，进一步增加加热功率对换热效率的改善作用有限。
2. 进出口温差是影响换热器换热性能的重要因素。
温差增大使得热量传递更加迅速，换热效率也相应提高。
因此，在实践中，应尽可能提高进出口温差以提高换热效率。
3. 冷却水流量对换热器换热效率的影响较为复杂。
过小的流量会导致热量传递不充分，而过大的流量则可能引起水与翅片之间的互相干扰，降低换热效果。
因此，在设计和运行换热器时，需根据实际情况合理调整冷却水流量。
四、结论：翅片管换热器的性能实验研究中发现，加热功率、进出口温差和冷却水流量是影响翅片管换热器换热效率的重要因素。
合理调整这些因素可以提高换热器的效率，从而更好地满足工业生产中的换热需求。
DR型双金属轧制翅片管在空冷式热交换器中的应用研究
DR型双金属轧制翅片管在空冷式热交换器中的应用研究作者：杨峰来源：《中国新技术新产品》2018年第13期摘要：本文对双金属轧制翅片管理论计算分析、制造工艺进行探讨、检验方法说明，来分析双金属轧制翅片管的应用对提高空冷式热交换器换热能力的影响。
关键词：双金属轧制翅片管；换热参数；制造工艺；检测方法中图分类号：TH45 文献标志码：A0 概述随着空冷式热交换器设备大型化、国产化并与国际标准接轨，如何提高其换热能力、缩小体积、降低能耗成为现阶段的首要课题，然而提高换热能力必然会增大设备体积、增大能耗，因此将主体换热原件的研究放在首位，其中翅片管是换热器组成中最重要的换热元件。
为了提高换热效率，通常在换热管的外表面通过机械绕制、镶嵌、穿片、焊接方式加装翅片，通过翅片增大换热管的换热面积，提高换热效率。
翅片管按其结构形式可分为：L型绕片式翅片管、KL型滚花型翅片管、DR型双金属轧制翅片管、G型镶嵌式翅片管；空冷式换热器在满足最高允许使用温度前提下，通常选用DR型双金属轧制翅片管，其特点是强度高、耐震动、成型尺寸较容易保证，由于钢管整体插入铝管内，因此有效的避免了钢管与外界空气的直接接触，有效降低了钢管的腐蚀速率，延长了双金属轧制翅片管空冷器的使用寿命。
1 换热参数理论计算1.1 传热量计算传热量的计算可由以下传热基本方程式求得：Q=K1 F1△tm= K2 F2△tm，W其中F1 、F2分别为翅片管外表面积与翅片管光管外表面积（m2），根据所选基管规格、长度、翅片高度、宽度以及翅片管片距确定；K1 、K2分别为整体外表面积及翅片管光管外表面为基准的传热系数（W/ m2℃），对于石油化工行业，通常以光管外表面为基准的传热系数进行计算，而对于电力行业，通常以翅片管外表面积为基准。
△tm为平均温差（℃）。
1.2 翅化比计算翅化比是指基管（钢管）在加装翅片以后表面积扩大的倍数，是决定翅片管换热量的重要参数，其值为基管外表面积与翅片管总的外表面积的比值，其中翅片管表面积为：以两管板之间的管长为基准的与空气接触的翅片管外表面。
温度交变对翅片管换热器性能影响的实验研究
温度交 变对翅 片管换热器性 能影 响的实验研 究
胡 兵 赵 宇 王勤韧 陈江平
（ 上海 交通大学制冷 与低温工程研 究所 上海 ２ ０ ４ ） ０ ２ ０
摘 要 试 验 研 究 了温 度 交 变 对 铜 管 一 翅 片 蒸 发 器 和 铜 管一 翅 片 蒸 发 器 空 气 侧 压 降 和 换 热 性 能 的 影 响 。实 验 结 果表 明 ， 铜 铝 全 新 铜 管 ． 翅 片 蒸 发 器 空 气 侧 压 降 比全 新 铜 管 ． 翅 片 蒸 发 器 空 气 侧 压 降 大 ， 但 温 度 交 变 后 两 者 空 气 侧 压 降几 乎 一 致 ， 铜 铝 具 有 相 同 的长 效 压 降 特 性 ； 温 度 交 变 会 导 致 铜 管 ． 翅 片 蒸 发 器 和 铜 管 ． 翅 片 蒸 发 器 换 热 性 能 下 降 ，在 风 量 为 ４ ０ 时 铜 铝 ０ｍ／ ｈ 减 少 的 最 多 ， 铝 翅 片 蒸 发 器 减 少 １ ９ ．Ｗ ， 铜 翅 片 蒸 发 器 减 少 ７ ４８ ：与 温 度 交 变 前 相 比 ，铜 翅 片 蒸 发 器 换 热 系 数 下 降 ０ １５ ０ ．Ｗ ８１ ２ ． ，铝 翅 片 蒸 发 器 换 热 系 数 下 降 １ ． ４ ． ，铜 管 ． 翅 片 蒸 发 器 具 有 更 好 的 长 效特 性 。 ． ％－ ５２ ％ ０６ ％－ ０７ ％ 铜 关键 词 热 工 学 ； 长 效特 性 ； 实验 研 究 ； 压 降 ； 换 热 系 数
空调表冷器用Φ12.7铜管壁厚减薄研究
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（ ｐ ｌ ２ ７ 表冷器 ， １ 技之初使用 １ ２ ． ７ Ｘ Ｏ ． ４ 规 格 铜箭， 原材料 而仍然仃降成本潜 ， 为ｒ 进一步 降低材 料成本 ， 提 商Ｈ ｊ 产品市场竞 力， 提出
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处理设 备风 人， 可具
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通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热
通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热摘要这篇文章给出了一些仿效翅片管换热器设计的实验信息。
在这个实验中，利用风洞检测了三种不同的翅片（薄板翅片，波纹翅片，混合翅片）。
本文讨论了热交换系数、空气侧的压降，柯尔本系数（j）和相对于风速（1—3 m/s）、雷诺数（600-2000）的风管摩擦系数（f）。
为了能阐明流体流动的现象，实现了流动的可视化，以此观察流体复杂的流动特征。
实验结果显示：波纹翅片相对于薄板翅片来说，压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约10.9-31.9%，11.8-24.0%，2.2-27.5%和0.5-2.7%。
另外，混合翅片相对于薄板翅片的实验结果显示：压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约33.5-63.1%，27.0-45.5%，6.9-71.1%和9.4-13.2%。
总之，这个实验结果强烈地支持热交换器采用混合翅片结构。
关键字传热系数，压降，测量，流动显示，换热器，波纹翅片，薄板翅片，混合翅片1.引言合理利用翅片对于提高圆管和薄板翅片换热器的性能是一个非常有效的方法，这种方法被广泛的应用在空调，制冷和工业处理过程的多种设备中。
我们已经知道在小型换热器中的空气流动是非常复杂的，这是翅片和空气流之间的复杂的作用造成的。
传统的翅片管换热器，空气的阻力占据了总的热阻力的90%。
所以，增加表面积经常能有效的提高翅片管换热器的整体性能。
在文献[1]中，薄板翅片管换热器的可用的实验信息已经被提出，评价和对照。
许多关于小型换热器的实验研究已经完成，利用紧凑型换热器加强建立在大范围空气流速上的换热性能和压降的协调性。
关于换热器的最新研究重点在于开发新的不规则表面，因此，翅片型的新的设计标准已经被提出[2-5]。
在文献[3]中Dong et al.用实验的方法研究了翅片间距，高度和长度对波纹翅片和薄板翅片管换热器的热交换性能和压降的影响。
在文献[6]中Metwally and Manglik研究了二维周期性发展的层流和换热，实验在不同波纹比率的正弦型波纹管中进行的。
翅片式换热器优化设计的探讨
翅片式换热器优化设计的探讨翅片式换热器现在仍然是大部分空调制冷设备常用的换热部件，虽然因为高效能产品需要高效的换热器，但目前为止，还没有比较成熟的高效换热器来取代它。
因此，对翅片式换热器的优化设计在产品设计中就显得尤其重要，通过提高换热效率，不仅能提高产品能效，还可以节省成本和缩小产品体积。
翅片式换热器的研究在空调制冷行业内已经有许多专业人员在做了，无论是通过建立模型计算，还是用计算机模拟，甚至是实验测试，总结和积累了许多宝贵的理论和经验。
换热器的基本计算公式是：Q=KxFxΔtmQ—单位时间通过传热面的传热量，WK—传热系数，W/m2.CF—传热面积，m2Δtm—冷热流体间的平均传热温差，CΔtm=(Δtmax-Δtmin)/ln(Δtmax/Δtmin)Δtmax—换热器两端冷热流体间温差的最大值，CΔtmin--换热器两端冷热流体间温差的最小值，C从上面的公式可以看出，换热器要想获得较大的换热量，只能通过改变上面的三个方面：（1）K，传热系数，它反应了换热的效率，如加强风流的扰动可以提高换热效率；（2）F，传热面积，它反应的换热器结构的大小，如使用内螺纹管，既可以增加换热面积，也可加强制冷剂扰动，提高换热效率；（3）Δtm，传热温差，它反应换热流体之间的温度差异，选用合适的流动方向，使传热温差尽可能大。
这三个参数并不是独立，它们互相作用，并不能只追求单一值的增加，而应该综合考虑，找出各个参数之间的平衡点，这才能使换热器的换热量达到最大值。
首先来分析下对数平均温差的影响，以前设计换热器时，总想用逆流的换热方式，因为理论上这种换热方式的平均温差最大，而顺流时的平均温差最小，其它则介于这两种之间。
首先，这对于无相变的换热来说是正确的，其次，对于比较简单的传导方式如上图所示，也是正确的。
但是，空调制冷产品用的翅片式换热器是一个带有相变的，结构及换热方式也比较复杂的设备，所以不能只单纯应用这一原则，而还要考虑别的因素。
翅片管式换热器换热与压降特性的实验研究进展_实验研究
波纹片
波纹片 (wavy)
9. 525 ,12. 7 1. 4224 - 4. 0894 19. 05 - 27. 50 25. 4 ,31. 75
8. 58 ,8. 62 , 10. 38
1. 21 - 3. 66
19. 05
25. 4
Seshimo and Fujii (1991)
张慕瑾[3 ] 等 (1994) 康海军[4] 等 (1994)
16
1. 21 - 2. 50 2. 479 - 3. 429
12. 7 ,17. 32 21. 65 ,22
32. 91
20 ,21 ,25 ,25. 4 38. 0
风速范围 Vf r (mΠs) 0. 95 - 21 0. 5 - 5. 9
0. 5 - 2. 5 0. 77 - 6. 35 0. 5 - 10. 0 0. 3 - 8. 0 3. 3 - 8 1 - 20
19 ,25. 4 25. 4
Wang et al[9 ,13] (1998 ,1999)
Wang et al[11 ] (1999)
Wang et al[14 ] (1999)
百叶窗形 条缝形 百叶窗形
8. 71 ,10. 42 10. 33
10. 34
6. 93 ,7. 53 , 8. 71 ,10. 42
由于波纹形翅片可以加大空气流道的长度 ,并 且能够对气流造成充分的混合 ,所以也被空调制冷 广泛 采 用 。Goldstein 和 Sparrow ( 1976) , Beecher 和 Fagan (1987) , Yoshii et al (1987) ,Wang et al (1997) 等 ,
7. 5
1. 2
一种翅片换热管气密气压试验装置[发明专利]
![一种翅片换热管气密气压试验装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fd6f9b88d0f34693daef5ef7ba0d4a7302766cf2.png)
专利名称：一种翅片换热管气密气压试验装置
专利类型：发明专利
发明人：方焰冰,赵冠楠,吉海,陆鑫平,李东铭,冶金辉,戚忠明,魏占超,高磊,竺凌,王永东,徐阿敏
申请号：CN202111581616.9
申请日：20211222
公开号：CN114323498A
公开日：
20220412
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种翅片换热管气密气压试验装置，包括翅片换热管，翅片换热管一端与第一端部密封装置连接，翅片换热管的另一端与第二端部密封装置连接，第二端部密封装置的另一端通过软管接头连接压差法气密试验主机，所述第二端部密封装置包括第二筒体、第二弹性筒夹和第二压帽，所述第二筒体一侧内部形成喇叭口，外部设有外螺纹；所述第二弹性筒夹一侧呈喇叭状，与第二筒体的喇叭口相适配；所述第二压帽内设有内螺纹，内螺纹与第二筒体外螺纹相适配，本发明仅使用一台试验主机即可以对各种管型各种长度的翅片换热管进行气密性、气压的测量。
申请人：浙江久立特材科技股份有限公司,上海核工程研究设计院有限公司,上海电气电站设备有限公司,东方电气(广州)重型机器有限公司,哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司
地址：313000 浙江省湖州市南浔区双林镇镇西
国籍：CN
代理机构：浙江千克知识产权代理有限公司
代理人：赵佳
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制冷装置铜制翅片换热管外压设计的试
验研究
宣城市特种设备监督检验中心宣城 242000
摘要：本文介绍了铜制翅片换热管的试验装置，通过此装置进行了最大许用
工作外压的验证试验。
试验结果显示铜翅片管较常规光铜管大幅提高了工作外压
上限，可在实际使用中广泛推广应用。
在满足安全运行和性能使用要求下，采用
薄壁翅片管可有效降低换热器设备铜材料消耗量，降低设备初期的投资费用，并
且提高换热管的传热效率，更符合当下节能降耗的主题思想。
关键词：试验装置；铜翅片换热管；液压试验。
近一段时间，国内外铜价持续上涨，导致铜制原材料价格直线飙升，铜制换
热管做为空调制冷装置中的重要原材料部件，原料价格上涨直接增加了生产成本。
各企业一直致力于空调换热管的研究分析，在达到相同性能下降低制作成本[1]。
小直径空调换热管具有材料成本低，换热效率高等优点[2]。
铜制换热管对换热性
能起到关键作用，为减少铜耗，兼顾使用和经济效益，拟使用薄壁铜翅片换热管。
按照NB/T47012-2020《制冷装置用压力容器》的要求，换热管的厚度可按GB/T 151相关规定进行计算。
其中，铜及铜合金制整体管热管可采用试验方法进行外
压设计。
1．试验背景
由于压力容器设计软件中没有设置铜及铜合金制整体翅片管的材料参数，导
致在进行换热管外压计算时，软件按常规光壁铜管力学性能参数代入计算，所得
结果不符合经加工强化翅片管的力学性能。
而在GB150.1的附录C中提供了《以
验证性爆破试验确定容器设计压力》[3]的设计方法，在C.1.3中，提出应满足要
求中：a) 相同的设计结构和形状；c)相同的名义厚度和结构尺寸。
此两条要求
明确试验对象必须与实际生产的设备，要保持一致的设计结构和外形尺寸，而制
冷换热器的外形尺寸大多不相同，若采取 GB150.1附录C提供的方法，那么实际
应用中就不具有普遍性和实用性，每一台换热器都要单独进行验证性爆破试验来
确定换热管可以承受的设计外压，这样导致企业成本要大大增加。
而现在大多数
制冷换热器厂家在用SW6-2011实际计算中，往往采用通过增加壁厚来满足外压
强度计算问题。
目前制冷行业较常用的高效冷凝铜换热管规格为15.88mm×1.1mm与
15.88mm×1.0 mm，但15.88mm×1.0mm规格的铜换热管在使用SW6进行强度计算时，无法满足常用制冷剂R22以及R404a 等氟利昂为2.1-3.0MPa的设计使用工况。
而在使用当下流行的R410a环保冷媒时，设计压力更是一度达到3.5-
4.0MPa。
NB/T 47012-2020《制冷装置用压力容器》标准中规定：当换热管同时受内
压和外压作用时，其管子壁厚应按内压、外压分别计算，取其中较大者[4]。
其中，铜及铜合金制整体翅片换热管也可以按附录A的规定进行外压设计[3]。
针对制冷
行业铜及铜合金整体翅片管的外压设计，提出了新的试验方法，可操作性好，应
用性较高。
2．试验装置准备
试验装置需经过强度计算和专业设计，并根据SW6 -2011 v5.0出具强度计
算书，其主体结构形式为一台试验用类似换热器结构：筒体采用φ159mm×10mm
无缝钢管（Q345D），管板用Q245R钢板加工。
管板上均布3个管孔，换热管规
格φ15.88mm×1.0mm×840mm，换热管为铜制整体翅片换热管，材质为TP2，状
态为中间硬态（Y2），光管段为软态（M），翅片数至少为每25mm长度有10个
翅片。
因对铜制整体式翅片管的外压试验较少，也无理论数据支持，暂把试验装
置的壳程侧试验压力定为最高20MPa，试验介质为水。
按NB/T 47012-2020《制
冷装置用压力容器》要求准备三根无翅片管段试样，见图1。
图1：三根无翅片管段试样
测试试样与试验用铜制整体翅片换热管的规格一致为φ15.88×1.0mm，长度为300mm，送至第三方检测机构进行屈服强度测试，测试输出结果见表1。
表1：第三方测试输出结果
屈
服强度
R p0.2a
R
P0.2a
取测试所得三个数据的平均值，结果为163MPa。
管板按照设计要求加工，左右管板的管孔按照GB/T 151《热交换器》[4]要求在管孔内开胀管槽。
筒体两端预留两个接管，一个管口接压力表，另一个接口与液压泵连接进行加压，具体试验装置见图2。
图2试验装置
为保证换热管和管板的达到试验强度，换热管与管板的连接方式采用先胀后焊的方式，以保证良好的密封性能及抗拉强度，先胀后焊,采用GB/T151《热交换器》中6.6.3.2图6-20 .a)的胀焊并用结构[5]，胀焊并用结构见图3。
图3胀焊并用结构
此结构可以降低焊接后对胀接部位的破坏影响，并且增加焊接部位的独立密封性。
试验采用液压方式，连续分段施加直至铜制整体翅片管失效（可见的垮塌）。
3 .试验方案及结果
试验采用连续分段液压方式，每阶段稳压5分钟，稳压时利用内窥镜观察换热管无压瘪，壳体与管板无变形、无异响、无泄漏，同时观察换热管和壳体、管板的受力情况，持续升压直至找到最小失稳压力，一旦发生压瘪垮塌现象立即停止试验并记录压力数值，试验用液压方案见图4。
图4试验用液压方案
压力试验具有一定的危险性，在做好安全防护的前提下，方可按预定方案实施液压试验。
当压力经过连续分段升至16MPa时，试验装置内部突然出现类似鞭炮声的连续异响，并且在管端部位有肉眼可见压瘪垮塌变形产生，管端部位已经无法用内窥镜进入观察内部，铜管压瘪垮塌现象见图5。
图5铜管压瘪垮塌现象
待压力降至零值后利用内窥镜通过注水口进入壳体内部观察装置内铜管压瘪垮塌情况，发现铜管中段部位未产生形变，仅铜管两端压瘪变形，这是由于整体翅片管的光管段本身就是硬度较低的软态（M），又因为铜管和管板在焊接过程中产生了退火效应使得铜管两端抗拉强度再度降低，导致铜管两端在达到16MPa 的试验压力时优先发生失稳垮塌变形。
根据NB/T47012《制冷装置用压力容器》附录公式计算最大许用应力，按如下公式计算：
式中：
B为最小失稳压力；MPa
F为由于设计温度而引起强度变化的调整系数；
(根据NB/T47012-2020中5.6.1.2中表6 铜及铜合金管材许用应力的规定，牌号TP2，执行标准GB/T17791，状态为O60的换热管，20℃和100℃下的许用应力均为71MPa，则材料的设计温度下的许用应力与试验温度下的许用应力相等，所以F值可取1)；
Rpo.2a为由三个无翅片管段试样在室温下试验实测的屈服强度的平均值，MPa
Rp0.2为室温下规定的管子最低屈服强度，MPa；
(根据NB/T47012-2020中5.6.1.2中表6 铜及铜合金管材许用应力的规定，牌号TP2，执行标准GB/T17791，状态为O60的换热管，室温力学性能下限保证值为120MPa)；
将上述各值代入上述公式，得到此规格铜合金制整体翅片换热管的最大许用应力值p为3.9 MPa。
4.试验结果及分析
1.
经试验得出铜翅片管的屈服强度为163MPa，而NB/T47012-2020制冷装置用压力容器中，规定同规格的光壁铜管的屈服强度为120MPa[3]，实际应用中的铜合金管的力学性能远高于标准要求值。
2.
要达到与上述试验计算结果3.9MPa相同的设计工况，用SW6进行强度计算则规格要达到φ15.88mm×1.4mm，此规格光管每米0.567kg，此重量比
φ15.88mm×1.0mm的翅片管每米0.365kg的重量增加55.3% 。
φ15.88mm×1.1mm翅片管的每米重量为0.41kg，比φ15.88mm×1.0mm的每米重量0.365kg增加12%，按照一般企业整体翅片换热管的使用量，理论可节约铜管的质量为4吨，按照目前市场8万/吨的铜价估算可节约近32万元的成本。
3.
采用1.0mm壁厚的铜翅片换热管，与传统的1.4mm光壁厚铜管相比，在降低耗材节约成本方面具有明显的优势，使产品的市场竞争能力得到大幅度提高。
4.
经过理论分析和试验验证，1.0mm薄壁翅片换热管在满足需求下可降低设备初期投资成本，但结果仍需要试制成品多方验证。
（5）从传热角度分析，换热管壁厚也是影响传热系数的重要因素之一，在达到相同的设计压力下，管壁厚从1.4mm降低到1.0mm，能够有效的提高总传热系数，降低换热管的热阻值；降低壁厚后，管内径变大，内截面积变大，在相同的传热量和水流量的情况下，可以有效降低管内水流动阻力，有利于降低管内介质的压降，从而降低水泵的运行功率[6]。
降低热阻和降低压降，对提高整体系统的运行能效比（COP值）是有显著效果的，更符合当下节能降耗的主流思想。
参考文献：
1.
李文萱.空调换热器5mm铜管的实验研究分析 [J].宿州学院学报,75-76
2.
杨丁丁,柳建华,等.小管径内螺纹铜管在空调换热器上的应用分析[J].有色金属材料与工程,2017,38(6),334-338.
3.
压力容器：GB150.1~ GB150.4-2011[S]
4.
制冷装置用压力容器：NB/T47012-2020[S]
5.
热交换器：GB/151-2014[S].
6.
杨世铭、陶文铨传热学（第四版）[M]．北京.高等教育出版社。