強化傳熱技術在空調中的應用

楊瑞

摘要：眾所周知，隨著冷凝溫度的降低和蒸發溫度的提高，空調器的傳熱溫差將會隨之降低，蒸發器和冷凝器的傳熱條件惡化。雖然增大蒸發器、冷凝器的換熱面積能解決 這一矛盾，但是由此必然導致空調器體積增大、能重比降低。解決這一矛盾最為明智的方法就是利用現有的傳熱強化技術、強化冷凝器和蒸發器的傳熱實現空調機蒸發器、冷凝器的低溫差傳熱。本文將簡要介紹強化傳熱技術及幾種能在空調設計中應用的強化傳熱管。

關鍵詞：強化傳熱;技術;空調;應用

一、冷凝器、蒸發器傳熱強化途徑

強化冷凝器，蒸發器傳熱就在于利用各種方法增加總傳熱系數K值.由于總傳熱系數取決于空氣側翅片換熱系數α1、制冷劑與管壁傳熱系數α2以及翅片與管壁間的接觸熱阻β1和管壁自身熱阻β2，所以強化空調換熱器的傳熱主要著眼于以下幾個方面，即：空氣側換熱 的強化、管內制冷劑側傳熱的強化、減少接觸熱阻。

1.1空氣側換熱強化

（1） 翅片形式的改進

最早應用于空調機的翅片是平板式翅片。當空氣流過翅片時，翅片壁面上會形成層流邊界層，且沿流動方向層流邊界層會逐漸增加，由于翅片面上的層流邊界層造成的傳熱熱阻很大，所以平板式翅片的換熱系數較低。為了提高換熱器的傳熱效果，人們人為地在翅片面上制造出不同形狀的粗糙，以破壞翅片面附近的流動邊界層強化翅片面換熱，目前應用較多的翅片有：波形翅片、裂縫翅片、超級裂縫翅片（即波形翅片上再加工裂縫的翅片）。

（2） 選擇合理的翅片間距及蒸發器表面親水處理

目前空調器蒸發器都存在積水現象，蒸發器積水后從兩個方面造成蒸發器傳熱條件的 惡化：（1）蒸發器積水后減少了有效傳熱面積;（2）蒸發器積水后，風阻增大。

蒸發器積水情況與翅片間距的大小有很大關系。翅片距離越大蒸發器積水越小，但翅片間距増大以后蒸發器有效傳熱面積將會降低，因而選擇合理的翅片間距十分重要。

1.2制冷劑管內強化換熱

對于管內制冷劑換熱，國外大多利用翅片來增加制冷劑與管壁間的換熱系數。所謂內翅片管就是以光滑管為毛坯，采用機械加工一次成型的方法使管子內壁形成比較密集的翅 片和相應的溝槽，而外表面保持光滑的管子。內翅片管的形式很多，其翅片可高可低，可以是與管軸平行的直片，也可以是有一定螺旋角的螺旋翅片，翅片及溝槽的斷面，可以是三角形的、梯形的、矩形的，或者翅片為三角形，溝槽為梯形等多種不同組合，甚至還可以把翅片螺旋角做成左右交錯的形式。

國內外學者曾對內翅片管的傳熱特性做過系統的研究，表1為日立公司產幾種傳熱管 的傳熱與流阻特性。

從表1可知，內翅片管能大大提高管內給熱系數，因而逐步利用內翅片管取代目前廣 泛使用的光滑管應是空調機生產廠家的努力方向之一。

最近，我公司開展了內翅片管在窗式空調機的應用研究工作，研究表明，在窗式空調機其它條件不變的條件下，冷凝器的傳熱管換成內翅片管后，空調機的制冷量和能效比都有明顯的提高。

二、其它幾種強化管介紹

近十年來，我國也進行了大量的強化傳熱研究工作，研制出了適用于各種不同場合的強化傳熱管，其中許多強化管的傳熱性能已和國外同類管的性能相同，而有些傳熱管的性能則已超過國外同類管的性能，這些強化管正在化工、動力、海水淡化等行業推廣應用下面就對各強化管加以介紹。

2.1冷擬傳熱的強化

（1） 縱槽表面

該管用無切屑拉軋或滾軋方法成型，成型后管外表面呈密集的等腰三角形溝槽。如釆用有芯棒的工藝拉軋，可制造出雙面縱槽管。適用于管內蒸發和管外冷凝的傳熱過程，總傳熱系數為光滑管的2.4倍。

流至槽穴處的冷凝液在重力的作用下沿槽穴通路下落并迅速排走。在沸騰一側，在表面張力作用下待蒸發的液體有從槽峰向槽穴處的傾向，使槽峰處形成薄膜蒸發，由于槽峰與槽穴處都發生了沸騰，槽穴處沸騰液的飛濺都可使槽峰能始終保持潤濕，不易產生蒸干現象，因 此，在雙面強化縱槽管兩側的冷凝與沸騰傳熱都得到了強化。

2.2沸騰傳熱的強化

多孔表面對沸騰傳熱具有高效強化作用。它的發展是從制造帶燒結復蓋層的多孔表面 開始的，后來又出現了火焰噴涂型多孔表面，電鍍型多孔表面，機械加工型多孔表面。

在眾多的多孔表面中機械加工多孔表面應用最為廣泛。機械加工多孔表面是用機械方 法將管子外表面或平板加工成具有表面多孔層的換熱面。采用機械加工制造多孔表面具有 易于加工、微孔尺寸均勻，成本低等優點。

迄今已有許多文獻對Thermoexcel—E多孔表面和Gewa—E多孔表面的傳熱性能作了報導。曾有學者以R-U3和R-11為介質對Gewa-T管進行了單管沸騰實驗，結果表明，在實驗范圍內，對R-H3介質，T管的沸騰傳熱系數比光管高1.5-10倍，對R-11介質則高L6?7倍。

三、結束語

隨著人們生活水平的不斷提高，空調器進入千家萬戶已成為必然趨勢。由于我國電力供不應求的現狀一時難以解決，因而發展節能型空調應為我國空調器發展的方向，而強化傳熱技術作為提高空調器能效比的有效方法必將逐步地受到人們的普遍重視和接受。

參考文獻：

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