铜管与铝管的换热性能对比实验

王凯 张继轩

【摘 要】铜价的居高不下和降本增效压力的日益增大，以及我国富铝贫铜和铝材价格仅为铜材1/4的现状，使得铝代铜的研究一直热度不减。本文在内螺纹相变换热实验台上，分别对一根铜光管、一根铝包铜光管、一根内螺纹铜管和一根内螺纹铝管，在蒸发温度6±0.2℃、入口干度17%、出口过热度5±0.2℃时，进行了沸腾换热实验。结果显示，内螺纹的存在大大提升了管子的换热性能。虽然内螺纹铝管的管内沸腾换热系数不及内螺纹铜管的高，但内螺纹铝管的单位长度重量不及内螺纹铜管的一半。因此，在铜价持续走高的情况下，对内螺纹铝管的研究还是有必要的。

【关键词】铜管;铝管;换热性能

引言

从《产业在线数据》获悉，2013年至2016年，每年空调的铜管用量在40万吨，2017年和2018年分别为60万吨。如此大规模的铜材用量，使得铜替代材料的研究热度居高不减。铝材因其良好的导热性、易加工性和价格便宜等优点，一直是大家的重点关注和研究对象，但关于传热性能的对比实验结果，文献较少。本文通过实验比较，给出了一组内螺纹铜管和内螺纹铝管的蒸发换热实验结果。为内螺纹铝管在蒸发器中的设计应用提供参考。

1实验系统

实验台主要包括冷凝测试段，蒸发测试段，循环水系统，测量及数据采集系统。实验段为水平放置的套管装置，冷媒流于管内，水逆向行于管外。温度测量的不确定度为±0.05℃，冷凝换热系数的最大不确定度为±5%。

2实验样管

实验管外径均为9.52mm，参数见表1。冷媒采用R22

3实验结果与分析

图1为蒸发温度6-7℃、入口干度17%、出口过热度5-6℃、管内制冷剂质量流速为125-250（Kg / m2 s）时，实验管管内沸腾换热系数hi与管内制冷剂质量流速的关系曲线。

图2为蒸发温度6±0.2℃、入口干度17%、出口过热度5±0.2℃、管内制冷剂质量流速为100-350（Kg / m2 s）时，实验管管内沸腾换热系数hi与管内制冷剂质量流速的关系曲线。

由表1、图1和图2，可以看出：

（1）无论铜光管还是铜螺纹管的管内换热系数均优于对应的铝管，这与铜材和铝材不同的导热系数和管内不同参数的螺纹加工有关系。

（2）内螺纹铜管和内螺纹铝管的管内换热面积，因螺纹凸起的存在，使得换热面积得到了提升，经粗略计算，内螺纹铜管的管内换热面积是同管径同壁厚铜光管的約1.72倍，内螺纹铝管的管内换热面积是同管径同壁厚铝光管的约1.50倍。通过实验验证了无论铜管还是铝管，换热面积的增大，对换热能力的提升是有益的。

（3）在实验流速范围内，管内换热系数均随管内制冷剂质量流速的增大而增大。

4结束语

虽然内螺纹铝管的管内沸腾换热系数不及内螺纹铜管的高，但内螺纹铝管的单位长度重量不及内螺纹铜管的一半。因此，在铜价持续走高的情况下，对内螺纹铝管的研究还是有必要的。

参考文献

[1]吴晓敏、李辉、龚鹏、王维城、李瑞霞，清华大学热能工程系热能动力工程与热科学重点实验室，北京，100084.水平微肋管内蒸发及冷凝换热性能研究.《工程热物理学报》2006年第3期.

[2]张继轩、周媛媛、 李辉、 刘志颖、王凯、史琳. 水平微肋管内冷凝换热及压降性能实验研究. 2015年中国工程热物理学会传热传质学学术年会

作者简介：王凯（1967.10--），女，陕西西安人，汉族，硕士，工程师，研究方向为空调。

张继轩，男，河南新乡人，汉族。