自20 世紀(jì)70 年代首次應(yīng)用于空調(diào)換熱器，內(nèi)螺紋銅管已經(jīng)成為制冷換熱設(shè)備中不可或缺的材料。由于內(nèi)螺紋強(qiáng)化管比光面管的換熱性能有顯著提高，因而在蒸發(fā)器和冷凝器中已得到廣泛應(yīng)用。內(nèi)螺紋強(qiáng)化管不僅能夠提高制冷系統(tǒng)的傳熱效率從而提高空調(diào)能效比，而且對降低空調(diào)制造和運(yùn)行成本也起到了關(guān)鍵的促進(jìn)作用。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在人類寄于生存的地球上，環(huán)保壓力與能源危機(jī)讓我們感到越來越沉重，大到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，小到制冷空調(diào)行業(yè)的趨勢，節(jié)能、環(huán)保是必由之路。
我國于2004 年發(fā)布了《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級》標(biāo)準(zhǔn)(1～5 級，1 級為最高)，近期將要求我國房間空調(diào)器的能源效率等級到2010 年達(dá)到2 級以上，低于該等級能效比的產(chǎn)品將禁止進(jìn)入我國市場[324 ] 。高能效空調(diào)器的發(fā)展需求，使得現(xiàn)有制冷元器件換熱能力的提升成為關(guān)鍵。內(nèi)螺紋管作為空調(diào)器的主要換熱部件，對其研究的深入，驗(yàn)證各齒形參數(shù)對換熱性能的影響程度，才能把握內(nèi)螺紋銅管管型的設(shè)計(jì)尺度，優(yōu)化各齒形參數(shù)，從而研發(fā)高效傳熱管以滿足市場需求。
筆者針對其所在公司開發(fā)的不同齒形銅管進(jìn)行傳熱試驗(yàn)，并對比分析各參數(shù)對傳熱性能的影響，從而以此為方向優(yōu)化出更高效內(nèi)螺紋銅管，使其對空調(diào)系統(tǒng)和換熱器的能效提高起到促進(jìn)作用。
1 單管傳熱性能試驗(yàn)的目的
目前家用空調(diào)市場上，各廠家都在加緊研制高能效比、低成本的空調(diào)系統(tǒng)。內(nèi)螺紋銅管的傳熱性能對空調(diào)換熱器能效比有重要影響，同時(shí)優(yōu)化齒形對降低其單位長度質(zhì)量、節(jié)省原材料有很大幫助。通過模擬內(nèi)螺紋單管空調(diào)工況，找出各齒形參數(shù)(齒高、齒頂角、齒條數(shù)、螺旋角、螺紋數(shù))對內(nèi)螺紋單管傳熱性能的影響程度。利用得到的蒸發(fā)冷凝傳熱性能數(shù)據(jù)，從綜合的角度分析改進(jìn)各主要參數(shù)，從而期待設(shè)計(jì)出一種綜合性能大幅提高并且能夠大批量生產(chǎn)的內(nèi)螺紋銅管。
2 傳熱性能試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)處理方法
在相同試驗(yàn)工況下，對具有相同外徑不同管內(nèi)齒形參數(shù)的內(nèi)螺紋管分別進(jìn)行傳熱試驗(yàn)。由于試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格控制試驗(yàn)工況使其保持不變，因此試驗(yàn)測得的不同管型的蒸發(fā)、冷凝傳熱性能數(shù)據(jù)具有可對比性。
通過試驗(yàn)得到各管型傳熱測試的多組數(shù)據(jù)，經(jīng)取直修正處理形成性能線性圖。由圖可以算得線性斜率及管型傳熱性能隨制冷劑質(zhì)量流量變化的線性方程，并由方程式得到每個質(zhì)量流速所對應(yīng)的換熱系數(shù)。以普通齒(開發(fā)較早，齒形參數(shù)簡單，易加工，并廣為應(yīng)用) 的內(nèi)表面換熱性能系數(shù)為基準(zhǔn)，將其他管型參數(shù)的內(nèi)螺紋管與其進(jìn)行對比，從而可知齒高、齒頂角、螺旋角、齒條數(shù)中的任一種具體參數(shù)對此規(guī)格內(nèi)螺紋管性能的影響。然后，利用對比得出的各種數(shù)據(jù)分析各管型傳熱性能的優(yōu)劣，并確定新型內(nèi)螺紋管的優(yōu)化方向。最后，結(jié)合內(nèi)螺紋管加工工藝進(jìn)行科學(xué)的管型優(yōu)化設(shè)計(jì)并制造出一種新的內(nèi)螺紋管型。對這種新管型再次進(jìn)行相同工況條件下的蒸發(fā)、冷凝傳熱性能試驗(yàn)，并與普通齒單管傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖對比，得出管型優(yōu)化的方向。