強化傳熱技術(shù)在空調(diào)中的應(yīng)用

楊瑞

摘要：眾所周知，隨著冷凝溫度的降低和蒸發(fā)溫度的提高，空調(diào)器的傳熱溫差將會隨之降低，蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱條件惡化。雖然增大蒸發(fā)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(diào)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(xiàn)有的傳熱強化技術(shù)、強化冷凝器和蒸發(fā)器的傳熱實現(xiàn)空調(diào)機蒸發(fā)器、冷凝器的低溫差傳熱。本文將簡要介紹強化傳熱技術(shù)及幾種能在空調(diào)設(shè)計中應(yīng)用的強化傳熱管。

關(guān)鍵詞：強化傳熱;技術(shù);空調(diào);應(yīng)用

一、冷凝器、蒸發(fā)器傳熱強化途徑

強化冷凝器，蒸發(fā)器傳熱就在于利用各種方法增加總傳熱系數(shù)K值.由于總傳熱系數(shù)取決于空氣側(cè)翅片換熱系數(shù)α1、制冷劑與管壁傳熱系數(shù)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(diào)換熱器的傳熱主要著眼于以下幾個方面，即：空氣側(cè)換熱 的強化、管內(nèi)制冷劑側(cè)傳熱的強化、減少接觸熱阻。

1.1空氣側(cè)換熱強化

（1） 翅片形式的改進

最早應(yīng)用于空調(diào)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?qū)恿鬟吔鐚訒饾u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(shù)較低。為了提高換熱器的傳熱效果，人們?nèi)藶榈卦诔崞嫔现圃斐霾煌螤畹拇植?，以破壞翅片面附近的流動邊界層強化翅片面換熱，目前應(yīng)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(fā)器表面親水處理

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

蒸發(fā)器積水情況與翅片間距的大小有很大關(guān)系。翅片距離越大蒸發(fā)器積水越小，但翅片間距増大以后蒸發(fā)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(nèi)強化換熱

對于管內(nèi)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(shù)。所謂內(nèi)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(nèi)壁形成比較密集的翅 片和相應(yīng)的溝槽，而外表面保持光滑的管子。內(nèi)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(nèi)外學者曾對內(nèi)翅片管的傳熱特性做過系統(tǒng)的研究，表1為日立公司產(chǎn)幾種傳熱管 的傳熱與流阻特性。

從表1可知，內(nèi)翅片管能大大提高管內(nèi)給熱系數(shù)，因而逐步利用內(nèi)翅片管取代目前廣 泛使用的光滑管應(yīng)是空調(diào)機生產(chǎn)廠家的努力方向之一。

最近，我公司開展了內(nèi)翅片管在窗式空調(diào)機的應(yīng)用研究工作，研究表明，在窗式空調(diào)機其它條件不變的條件下，冷凝器的傳熱管換成內(nèi)翅片管后，空調(diào)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(yè)推廣應(yīng)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(nèi)蒸發(fā)和管外冷凝的傳熱過程，總傳熱系數(shù)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(cè)，在表面張力作用下待蒸發(fā)的液體有從槽峰向槽穴處的傾向，使槽峰處形成薄膜蒸發(fā)，由于槽峰與槽穴處都發(fā)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(chǎn)生蒸干現(xiàn)象，因 此，在雙面強化縱槽管兩側(cè)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(fā)展是從制造帶燒結(jié)復蓋層的多孔表面 開始的，后來又出現(xiàn)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(yīng)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(yōu)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(zhì)對Gewa-T管進行了單管沸騰實驗，結(jié)果表明，在實驗范圍內(nèi)，對R-H3介質(zhì)，T管的沸騰傳熱系數(shù)比光管高1.5-10倍，對R-11介質(zhì)則高L6?7倍。

三、結(jié)束語

隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)器進入千家萬戶已成為必然趨勢。由于我國電力供不應(yīng)求的現(xiàn)狀一時難以解決，因而發(fā)展節(jié)能型空調(diào)應(yīng)為我國空調(diào)器發(fā)展的方向，而強化傳熱技術(shù)作為提高空調(diào)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：

[1]崔海亭，彭培英.強化傳熱新技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學出版社，2017

[2]林宗虎.強化傳熱及其工程應(yīng)用[M].北京：機械出版社，2016，1～2

[3]朱東生，莊禮賢.空調(diào)和冷凍設(shè)備換熱器的技術(shù)進展[J].流體機械，2018，26（4）：

51～55