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的現狀，使得鋁代銅的研究一直熱度不減。本文在內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、一根內螺紋銅管和一根內螺紋鋁管，在蒸發溫度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。結果顯示，內螺紋的存在大大提升了管子的換熱性能。雖然內螺紋鋁管的管內沸騰換熱系數不及內螺紋銅管的高，但內螺紋鋁管的單位長度重量不及內螺紋銅管的一半。因此，在銅價持續走高的情況下，對內螺紋鋁管的研究還是有必要的。

【關鍵詞】銅管;鋁管;換熱性能

引言

從《產業在線數據》獲悉，2013年至2016年，每年空調的銅管用量在40萬噸，2017年和2018年分別為60萬噸。如此大規模的銅材用量，使得銅替代材料的研究熱度居高不減。鋁材因其良好的導熱性、易加工性和價格便宜等優點，一直是大家的重點關注和研究對象，但關于傳熱性能的對比實驗結果，文獻較少。本文通過實驗比較，給出了一組內螺紋銅管和內螺紋鋁管的蒸發換熱實驗結果。為內螺紋鋁管在蒸發器中的設計應用提供參考。

1實驗系統

實驗臺主要包括冷凝測試段，蒸發測試段，循環水系統，測量及數據采集系統。實驗段為水平放置的套管裝置，冷媒流于管內，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，參數見表1。冷媒采用R22

3實驗結果與分析

圖1為蒸發溫度6-7℃、入口干度17%、出口過熱度5-6℃、管內制冷劑質量流速為125-250（Kg / m2 s）時，實驗管管內沸騰換熱系數hi與管內制冷劑質量流速的關系曲線。

圖2為蒸發溫度6±0.2℃、入口干度17%、出口過熱度5±0.2℃、管內制冷劑質量流速為100-350（Kg / m2 s）時，實驗管管內沸騰換熱系數hi與管內制冷劑質量流速的關系曲線。

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換熱系數均優于對應的鋁管，這與銅材和鋁材不同的導熱系數和管內不同參數的螺紋加工有關系。

（2）內螺紋銅管和內螺紋鋁管的管內換熱面積，因螺紋凸起的存在，使得換熱面積得到了提升，經粗略計算，內螺紋銅管的管內換熱面積是同管徑同壁厚銅光管的約1.72倍，內螺紋鋁管的管內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，管內換熱系數均隨管內制冷劑質量流速的增大而增大。

4結束語

雖然內螺紋鋁管的管內沸騰換熱系數不及內螺紋銅管的高，但內螺紋鋁管的單位長度重量不及內螺紋銅管的一半。因此，在銅價持續走高的情況下，對內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，清華大學熱能工程系熱能動力工程與熱科學重點實驗室，北京，100084.水平微肋管內蒸發及冷凝換熱性能研究.《工程熱物理學報》2006年第3期.

[2]張繼軒、周媛媛、 李輝、 劉志穎、王凱、史琳. 水平微肋管內冷凝換熱及壓降性能實驗研究. 2015年中國工程熱物理學會傳熱傳質學學術年會

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。

張繼軒，男，河南新鄉人，漢族。