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干货:4大内螺纹铜管常用铜管齿形及传热特性

  • 发布时间:2020-07-16
  • 发布者: 管理员
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 80年代起,人们开始使用内螺纹管。随着内螺纹成型技术的不断完善和进步,和两器的强化传热需求,内螺纹铜管总的发展趋势是向着薄壁、高齿、小克重、细径、高效传热这一方向发展。目前高性能的内螺纹管的传热效果比光管提高近4倍。

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一、内螺纹铜管发展趋势

   


内螺纹铜管作为一种高效的传热元件,配合高效的铝或铝合金翅片,广泛应用于空调系统的冷凝器和蒸发器。空调系统的节能高效和小型化要求,促使了改进压缩机的性能,并使用高效化和小型化的冷凝器和蒸发器。


目前压缩机的性能通过三十多年的发展,性能系数已由2.3提高到3.5,潜力已十分有限。而两器的强化传热改进还有很大的潜力。而且,随着保护臭氧层和环保的要求,国际上对CFC类制冷剂的限制使用,人们开始寻找替代R22R12的制冷剂。


目前,不管是R407C还是R410AR290R417A,在性能上都不如R22R12。使空调两器性能都有所下降。这就要求人们寻找更好的传热元件来弥补这方面的不足。


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二、替代制冷剂对空调两器传热的影响

   


近年来,国内外空调厂家及铜管厂家都在采用新型制冷剂和空调小型化方面做了大量研究工作。



目前替代制冷剂主要是R407C和R410A,它们都是混合制冷剂,R407C 是由R32/R125/R134a三种HFC工质以质量百分比23/25/52/组成的非共沸制冷剂,R410A是由R32/R125两种HFC工质以质量百分比50/50组成的近共沸制冷剂。



研究表明:R410A呈现单一制冷剂的行为,其冷凝特性接近R22,蒸发性也不低于R22,采用小顶角与高齿铜管,通过改进空调系统的设计,能够使R410A的高性能得于保证,甚至超过R22。



但R410A的冷凝压力较高,要求传热管壁厚增加和细径化来提高强度。从R410A的物理性能看,蒸发时R410A的压力损失比R22小得多,基于这一点,对蒸发器用管细径化有利,可以减小细径化引起的压力损失增大。而对R407C,由于其蒸发和冷凝 性较低,在冷凝时其液膜内产生浓边界层,对热传导性不利。低质量流速时尤其明显。目前国内外研究表明:瘦高齿、网状齿等复杂齿型能大大提高R407C传热效能。




三、内螺纹铜管的强化传热在两器中的区别



对于蒸发器(管内蒸发过程)增强传热的原因有:

1)增大了换热面积;

2)增加了气化核心的数量;

3)促使波状流型提前转变为半环状流型和环状流型,从而增加了润湿表面;

4)增加了液膜的湍流度(紊流度、扰流度)。


对于冷凝器(管内冷凝过程)增强传热的原因有:

1)增大了管内换热面积;

2)在表面张力作用下促使冷凝液离开传热表面而排走,减小了齿顶和槽间的制冷剂液膜厚度(此液膜不利于传热);

3)它增强了液态制冷剂的湍流程度,增强了气液两相的混合。


四、内螺纹管几何参数对换热性能的影响

   


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内螺纹管不同齿形的传热强化特性


研究表明:针对R22制冷剂,普通内螺纹管,在低质量流速情况下,其换热系数与光管比增大很多,随着质量流速的增大,与光管相比增加得不多,而瘦高齿和复杂齿型管不但低流量下换热效率较高,在流量大时,明显比普通内螺纹管大很多,改善了大流量下的传热性。


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五、超细径内螺纹铜管

   


1、适用于空调机的小型化和新冷媒高强度的需求。用于高能效比微型空调机的蒸发器。

2、目前韩国企业大量采用,生产小型空调出口美国。

3、国内企业有些厂家已经开始设计。论证工作。

4、目前蒸发器用管逐步由Φ7 向Φ6.35和Φ5发展的趋势。

5、冷凝器用管由Φ9.52向Φ8或Φ7.94发展的趋势。


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六、4大内螺纹铜管的齿形及传热性

   


1、瘦高齿(小齿顶角)内螺纹铜管

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瘦高齿实物图片

瘦高齿(小齿顶角)内螺纹铜管的特点


如前图所示的瘦高齿内螺纹铜管,其强化换热系数大大提高,根据有关资料,其用于R410A制冷剂时,冷凝换热系数是普通内螺纹管的1.5倍,蒸发换热系数是普通内螺纹管的1.4倍。用于R407C制冷剂时,冷凝换热系数是普通内螺纹管的1.3倍,蒸发换热系数是普通内螺纹管的1.3倍。这种齿型的内螺纹管之所以产生如此好的传热强化效果,主要表现在齿顶角较小(150~250),齿型尖细,较高的齿也可以有较大的槽底宽,冷凝时沟槽底制冷剂液膜变薄,减少了热阻。


尤其是对使用R407C制冷剂时效果最明现,这为空调机的整体性能的提高又提供了一种选择、改进的方向。由于其传热效率高,即使采用替代制冷剂,换热性能的提高也足以减小换热器体积,这为空调机的整体性能的提高又提供了一种选择、改进的方向。我们通过整机试验,在同等状况下空调能力提高2%3%。(R22制冷剂)


用于采用新冷媒(R410AR407C)的高能效比空调机蒸发器,主要用户为美国企业、日本企业等。


为了保证瘦高齿管的涨后性能,在齿形设计上我们作了专门研究,使涨后齿高下降很小,不使传热性能下降。Φ6.35- Φ9.52外径范围内,瘦高齿管有着优良的传热性能,平均比普通内螺管提高1.3-1.4倍。

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瘦高齿传热特性   


2、双头(又称M型齿)内螺纹铜管

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M型齿内螺纹铜管的特点


蒸发传热的强化,依靠螺纹所产生的离心力使液体均布,从而增加液体的过热度和受热面积,另外多条螺纹形成较多的蒸发核心,但较高的齿会使肋化效率降低和增加流动阻力,为解决这个矛盾,有公司开发了齿上开小槽的内螺纹铜管,称为“M”型齿内螺纹铜管,并申报了专利。


实验表明:M型冷凝时低质量流速下系数上升明显,这主要是M型齿管同时兼有大的槽底宽,有利于制冷剂排出,减小液膜厚度的缘故。


根据空调整机试验,该型产品用于外机,在内机不变,其他条件相同下冷量上升70-80w。某型热泵空调试验,制热量上升100w左右。

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M型齿传热特性

3、断续齿内螺纹铜管

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断续型齿内螺纹铜管实物图



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断续型齿传热特性


4、交叉齿内螺纹管

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交叉齿实物图

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交叉齿传热特性

交叉齿内螺纹管的特点

1)增加液体的过热度和传热面积。

2)形成了较多的蒸发核心。

3)强化了紊流。

4)适合于蒸发器用管。

5)目前主要用户是韩国企业。






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