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强化传热技术在空调中的应用

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杨瑞

摘要：众所周知，随着冷凝温度的降低和蒸发温度的提高，空调器的传热温差将会随之降低，蒸发器和冷凝器的传热条件恶化。虽然增大蒸发器、冷凝器的换热面积能解决这一矛盾，但是由此必然导致空调器体积增大、能重比降低。解决这一矛盾最为明智的方法就是利用现有的传热强化技术、强化冷凝器和蒸发器的传热实现空调机蒸发器、冷凝器的低温差传热。本文将简要介绍强化传热技术及几种能在空调设计中应用的强化传热管。

关键词：强化传热;技术;空调;应用

一、冷凝器、蒸发器传热强化途径

强化冷凝器，蒸发器传热就在于利用各种方法增加总传热系数K值.由于总传热系数取决于空气侧翅片换热系数α1、制冷剂与管壁传热系数α2以及翅片与管壁间的接触热阻β1和管壁自身热阻β2，所以强化空调换热器的传热主要着眼于以下几个方面，即：空气侧换热的强化、管内制冷剂侧传热的强化、减少接触热阻。

1.1空气侧换热强化

（1）翅片形式的改进

最早应用于空调机的翅片是平板式翅片。当空气流过翅片时，翅片壁面上会形成层流边界层，且沿流动方向层流边界层会逐渐增加，由于翅片面上的层流边界层造成的传热热阻很大，所以平板式翅片的换热系数较低。为了提高换热器的传热效果，人们人为地在翅片面上制造出不同形状的粗糙，以破坏翅片面附近的流动边界层强化翅片面换热，目前应用较多的翅片有：波形翅片、裂缝翅片、超级裂缝翅片（即波形翅片上再加工裂缝的翅片）。

（2）选择合理的翅片间距及蒸发器表面亲水处理

目前空调器蒸发器都存在积水现象，蒸发器积水后从两个方面造成蒸发器传热条件的恶化：（1）蒸发器积水后减少了有效传热面积;（2）蒸发器积水后，风阻增大。

蒸发器积水情况与翅片间距的大小有很大关系。翅片距离越大蒸发器积水越小，但翅片间距増大以后蒸发器有效传热面积将会降低，因而选择合理的翅片间距十分重要。

1.2制冷剂管内强化换热

对于管内制冷剂换热，国外大多利用翅片来增加制冷剂与管壁间的换热系数。所谓内翅片管就是以光滑管为毛坯，采用机械加工一次成型的方法使管子内壁形成比较密集的翅片和相应的沟槽，而外表面保持光滑的管子。内翅片管的形式很多，其翅片可高可低，可以是与管轴平行的直片，也可以是有一定螺旋角的螺旋翅片，翅片及沟槽的断面，可以是三角形的、梯形的、矩形的，或者翅片为三角形，沟槽为梯形等多种不同组合，甚至还可以把翅片螺旋角做成左右交错的形式。

国内外学者曾对内翅片管的传热特性做过系统的研究，表1为日立公司产几种传热管的传热与流阻特性。

从表1可知，内翅片管能大大提高管内给热系数，因而逐步利用内翅片管取代目前广泛使用的光滑管应是空调机生产厂家的努力方向之一。

最近，我公司开展了内翅片管在窗式空调机的应用研究工作，研究表明，在窗式空调机其它条件不变的条件下，冷凝器的传热管換成内翅片管后，空调机的制冷量和能效比都有明显的提高。

二、其它几种强化管介绍

近十年来，我国也进行了大量的强化传热研究工作，研制出了适用于各种不同场合的强化传热管，其中许多强化管的传热性能已和国外同类管的性能相同，而有些传热管的性能则已超过国外同类管的性能，这些强化管正在化工、动力、海水淡化等行业推广应用下面就对各强化管加以介绍。

2.1冷擬传热的强化

（1）纵槽表面

该管用无切屑拉轧或滚轧方法成型，成型后管外表面呈密集的等腰三角形沟槽。如釆用有芯棒的工艺拉轧，可制造出双面纵槽管。适用于管内蒸发和管外冷凝的传热过程，总传热系数为光滑管的2.4倍。

流至槽穴处的冷凝液在重力的作用下沿槽穴通路下落并迅速排走。在沸腾一侧，在表面张力作用下待蒸发的液体有从槽峰向槽穴处的倾向，使槽峰处形成薄膜蒸发，由于槽峰与槽穴处都发生了沸腾，槽穴处沸腾液的飞溅都可使槽峰能始终保持润湿，不易产生蒸干现象，因此，在双面强化纵槽管两侧的冷凝与沸腾传热都得到了强化。

2.2沸腾传热的强化

多孔表面对沸腾传热具有高效强化作用。它的发展是从制造带烧结复盖层的多孔表面开始的，后来又出现了火焰喷涂型多孔表面，电镀型多孔表面，机械加工型多孔表面。

在众多的多孔表面中机械加工多孔表面应用最为广泛。机械加工多孔表面是用机械方法将管子外表面或平板加工成具有表面多孔层的换热面。采用机械加工制造多孔表面具有易于加工、微孔尺寸均匀，成本低等优点。

迄今已有许多文献对Thermoexcel—E多孔表面和Gewa—E多孔表面的传热性能作了报导。曾有学者以R-U3和R-11为介质对Gewa-T管进行了單管沸腾实验，结果表明，在实验范围内，对R-H3介质，T管的沸腾传热系数比光管高1.5-10倍，对R-11介质则高L6?7倍。

三、结束语

随着人们生活水平的不断提高，空调器进入千家万户已成为必然趋势。由于我国电力供不应求的现状一时难以解决，因而发展节能型空调应为我国空调器发展的方向，而强化传热技术作为提高空调器能效比的有效方法必将逐步地受到人们的普遍重视和接受。

参考文献：

[1]崔海亭，彭培英.强化传热新技术及其应用[M].北京：化学出版社，2017

[2]林宗虎.强化传热及其工程应用[M].北京：机械出版社，2016，1～2

[3]朱东生，庄礼贤.空调和冷冻设备换热器的技术进展[J].流体机械，2018，26（4）：

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