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北京理工大学珠海学院实验指导书热能与动力工程教研室2014.5目录实验一单级蒸汽压缩制冷循环制冷装置的认识2实验二制冷（热泵）循环演示装置实验5实验三制冷（热泵）故障分析8（一）、汽—汽热管换热器性能测试前言热管起源于二十世纪六十年代，是一种具有特高导热性能的新型传热元件。
热管理论一经提出就得到了各国科学家的高度重视，并展开了大量的研究工作，使得热管技术得以迅速发展。
我国自二十世纪80年代以来相继开发了热管气－气换热器、热管气－水换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等各类热管产品。
热管换热技术因其卓越的换热能力及其他换热设备所不具有的独特换热技术在航空、化工、石油、建材、轻纺、冶金、动力工程、电子电器工程以及太阳能等领域得到了广泛的应用。
一、实验原理典型的热管由管壳、外部扩展受热面（散热器）、端盖组成。
它的下部是由一根高效换热管组成的换热系统，上部则是内部真空的散热器壳体组成的重力热管系统。
其工作原理是：热水流过换热管时，把热能交换到液体工质中，液体工质在极小的热阻下迅速蒸发汽化扩散到散热器上部，整个散热器达到很高温度并向外散热。
气体工质在散热的同时冷凝为液体工质，并依靠自身重力回流到壳体底部，继续进行下一个相变传热循环。
热管的传热原理决定着热管具有以下基本特性：较大的传热能力，热管巧妙的组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，使它的导热系数高达紫铜导热系数的数倍以至数千倍；优良的等温性，热管内腔的气体是处于饱和状态，饱和气体由蒸发段流向冷凝段的压力差很小，因而热管具有优良的等温性；不需要输送泵及密封润滑部件，结构简单，无运动部件和噪音。
热管组成的热管换热器具有以下优点：1. 热管换热器可以通过换热器中的隔板使冷热工质完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏，不会导致冷热流体的掺杂。
所以热管换热器具有很高的可靠性，适用于易然、易爆、腐蚀等流体的换热过程；2. 热管换热器的冷、热流体完全分开流动，比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，且两侧受热面均可采用扩展受热面。
作者简介：郭飞跃（1979-），男，湖北黄冈人，工程师，主要从事高性能汽车钎焊铝板带箔材技术开发工作。
收稿日期：2022-05-12MONOBRAZE 单层翅片箔与三层复合翅片箔耐腐蚀性能对比研究郭飞跃，卢紫琼，村濑崇，陈成，吴佳丽，黄美艳（乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，韶关512721）摘要：采用金相显微镜、电位计、EPMA 和SWAAT 腐蚀试验等手段，研究了分别采用三层复合翅片箔和MONOBRAZE 单层翅片箔钎焊后的两种冷凝器接头断面形貌、微观组织、元素扩散、电极电位和耐腐蚀性能。
结果表明：与热轧三层复合翅片箔相比，MONOBRAZE 单层翅片具有同样的钎焊连接效果，而且钎焊后强度更高、无明显熔蚀、翅片厚度无明显减薄，为MONOBRAZE 翅片进一步减薄、大面积替代复合翅片、降低热交换器制造成本创造了有利条件。
同时，采用MONO-BRAZE 单层翅片钎焊后的冷凝器有着更优良的耐腐蚀性能，MONOBRAZE 翅片优先被腐蚀，可以对MPE 管起到更好的牺牲阳极保护作用，大幅提高热交换器整体寿命。
关键词：复合翅片；MONOBRAZE 翅片；钎焊；电位；耐腐蚀性能中图分类号：TG146.21，TG335.5+8文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）02-0012-05doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.02.020前言冷凝器是汽车空调系统的重要组成部分，具有换热效率高、体积小、重量轻、耐高压、冷媒用量少等众多优点[1]。
近年来，随着汽车向着轻量化、节能化的方向发展，汽车空调冷凝器也朝着低成本化、高强度、长寿命的方向发展[2]。
传统汽车空调冷凝器主要采用表面喷Zn 挤压多孔管（简称MPE 管）、三层复合翅片、集流管、边板等组装钎焊而成。
冷凝器使用寿命很大程度上都取决于复合翅片，特别是复合翅片厚度不断减薄，因而对材料的钎焊后强度及SWAAT （循环酸性海水试验）外部腐蚀性能等方面提出了更高的要求[3-5]。
浅谈平行流换热器应用问题成因及处理方法一、换热芯体堵平行流换热器的芯体堵，分芯体内侧内堵和外侧长期运转尘堵两种。
内侧内堵主要失效模式为多孔扁管端面成型变形和芯体组装后钎焊内堵。
芯体长期运转后换热器会聚集灰尘，随着运行时间的加长，换热效果会严重衰减，但由于换热器翅片的结构所限，灰尘清理起来较困难而导致的尘堵，在尘堵情况下，系统过载保护时排气压力较翅片式换热器偏高。
多孔扁管端面成型变形有效控制措施为定期更换成型刀具，质量检验人员定期检查端面变形程度，可采用显微镜观看变形量，及时发现因刀具磨损导致端面变形严重。
同时也有必要采用微孔直通规进行检验。
多孔扁管被装配至集流管中心位置，因此芯体组装后钎焊内堵失效频率较小。
对于尘堵的避免，需要缩减换热器的清洗间隔时间，避免污垢聚集较厚时清理。
二、芯体泄漏平行流换热器其特殊结构方式，该产品容易出现损伤导致芯体泄漏的现象。
芯体泄漏主要存在于钎焊不良导致泄漏和运输、安装过程中碰伤泄漏。
出现钎焊不良导致泄漏，有可能的原因是焊锡涂料的均匀性问题和焊锡涂料较薄引起的。
另外微通道换热器通过钎焊炉整体焊接，钎焊炉温度的控制对焊接的质量影响较大，一般控制在577℃到612℃，温度过低有可能导致焊锡不熔化，温度过高有可能导致焊锡向翅片扩散。
运输、安装过程中碰伤泄漏也占泄露问题的较大比例。
因微通道冷凝器其特殊结构参数，其多孔扁管壁厚只有0.3mm左右，外加部分区域无翅片保护，该区域很容易被破坏泄漏。
另外平行流换热器最早应用在汽车空调上，换热器与管路多数采用柔性连接，而家用空调要求的特殊性，绝大部分采用焊接的方式，因此震动泄露的可能性会更大。
建议：每件微通道冷凝器都要经过约3.5Mpa压力氮气检测，同时在整机上线时再次全检，避免有漏点的换热器进入整机生产线。
对于运输、安装过程中碰伤泄漏需要在空调生产组装期间对员工进行培训，从工艺指导文件进行控制。
同时也要加强运输过程中的包装控制，换热器之间应有一定间隙并用可重复使用的木箱包装；整机上设置可靠的防护结构；改善扁管设计，比如在换热器迎风侧增加壁厚；设计可靠的补救措施。
铝钎焊的过去、现在和将来Ralph A Woods博士萨帕技术中心顾问汽车上广泛使用的热交换器（包括汽车空调冷凝器、蒸发器、水箱散热器、油冷却器等部件）的发展经历了三个阶段。
20世纪70年代以前汽车使用的大多为铜制热交换器；20世纪70年代开始出现铝制热交换器。
铝质热交换器较之传统的全铜热交换器有热交换效率高，重量轻，节约成本，降低汽车油耗等特点，是20世纪末期汽车工业轻金属化的杰出典范。
第一代全铝热交换器为蛇形管结构，利用液压方法将铝管材机械胀管与散热片装配而成。
热交换器内部使用氟里昂作制冷剂。
1970年由法国的Sofic公司首先研制成功并投入批量生产。
与铜制热交换器相比，铝制热交换器的自重轻35～45％。
1978年Alcan公司发明了NOCOLOK无腐蚀钎剂焊接工艺。
随后日本古河铝业公司成功开发了高精度、高性能的铝合金钎焊散热片，成为第二代全铝热交换器??钎焊管带式热交换器生产的先驱。
20世纪90年代末期，随环保要求的日渐增高，全铝热交换器又向环保型发展。
与前面产品相比，最新一代全铝热交换器属环保型产品，它使用无氟制冷剂。
为保持热交换效率不下降，新型全铝热交换器被设计成平行流式结构，以保证高的热交换效率。
1介绍因个人需要而使用汽车在很多地方已经成为日常生活的一部分。
然而，世界范围内汽车使用的巨大增长已经引发了一系列的新问题。
这一系列问题中，汽车发动机污染对环境的影响相当重要。
因此，通过减轻车重和降低燃油消耗，人们一直在探索提高性能的改进措施。
此外，随着在车上度过的时间越来越长，人们也希望车内环境尽可能舒适。
为了适应这一要求，尤其是在那些环境温度和/或湿度高的地方，空调日益为人们所求。
因此，围绕着汽车发动机热交换器和空气调节部件，已经出现了大规模工业生产。
由于热交换器的生产处于空调领域的核心部分，空调热交换器的开发因而常常与发动机冷却部件的开发并行进行。
幸运的是，铝具有许多适合用于热交换器的理想特点。
汽车空调冷凝器散热边界需求分析随着空调技术的发展，汽车空调已成为汽车的标配，在汽车舒适度和健康方面发挥着重要的作用。
汽车空调和家用空调在原理上是一致的，但也有不同，比如室外的气候环境变化大，条件恶劣，表现为整车热负荷变化以及边界条件变化等。
恶劣的环境直接影响冷凝器的散热条件，进而影响空调的制冷和能耗等性能。
冷凝器的作用是把来自压缩机的高温高压气体通过管壁和翅片将冷媒的热量传递到空气中。
一般汽车空调使用技术成熟、高效紧凑的钎焊铝平行流冷凝器。
冷凝器的性能与流程布置、翅片波高、翅片波距等因素相关。
汽车冷凝器的研究多集中于冷凝器匹配设计研究。
不同工况下，车辆前端冷凝器的散热边界发生变化，进而影响散热能力。
高速工况前端进风风速大，与环境温度温差小，散热条件好；而低速工况下需要借助冷却风扇提升前端散热条件。
恶劣的散热条件直接表现为空调系统压力增高、压缩机能效比下降，进而增加车辆的油耗。
黄冠鑫和胡曲［3］关注到低速工况下燃油车前端模块风场的倒流问题，并提出通过增加导流板的方法减弱机舱热量回流，进而优化散热条件。
上述研究都是从定性分析优化怠速工况下冷凝器的散热边界，未定量分析冷凝器对汽车空调的制冷性能以及能耗的影响。
文中借助软件AMESim 对燃油车汽车空调进行了研究。
针对前端散热工况最恶劣的怠速工况，分析了高、低空调负荷工况下冷凝器的散热边界需求，为汽车前端设计和散热风扇挡位设置提供了思路。
1 空调系统仿真建模1.1 空调系统建模在一维仿真分析中，只考虑空调冷媒回路与空气回路以及2个回路之间的耦合，忽略了换热器内部和管路内部流场、温度对蒸发器换热的影响等，文中分析冷凝器的流场和温度场对冷凝器换热的影响，对零部件和系统作以下假设：1）压缩机的工作特性由压缩比、转速、排量、机械效率、等熵效率和体积效率等共同决定；2）制冷剂在系统中作一维流动，忽略三维分布对系统阻力以及换热的影响；3）流体在膨胀阀、管路内作绝热流动。
文章编号：CAR155全铝钎焊式平行流冷凝器性能对比实验梁祥飞邢淑敏林华和庄嵘(珠海格力电器股份有限公司制冷技术研究院，珠海 519070)摘 要对六种全铝钎焊式平行冷凝器进行了冷凝换热性能对比试验，试验结果与双排φ9.52翅片管换热器进行了对比，得到风阻、冷凝能力和综合冷凝能力对比实验曲线。
对比试验结果表明：全铝钎焊式平行流冷凝器具有较高的综合冷凝性能和单位体积换热量，部分规格的平行流冷凝器的单位迎风面积冷凝能力高于对比用翅片管换热器。
关键词平行流冷凝器冷凝换热MPE管EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON CONDENSATION PERFORMANCE OF BRAZED TYPE PARALLEL FLOW CONDENSERS Liang Xiangfei Xing Shumin Lin Huahe Zhuang Rong (Refrigeration Institute of Gree Electric Appliances Inc. of Zhuhai, Zhuhai 519070)Abstract Condensation heat transfer performance of six brazed type parallel flow condensers (PFHXs) were investigated, and were in comparison with a double-row φ9.52 fin-and-tube heat exchanger (CTHX) under the same testing condition. Pressure drop of airside, condensation capacity and comprehensive condensation performance were plotted in curves for comparison. The test results showed that: PFHXs had the characteristics of high comprehensive condensation performance and high condensation capacity per unit volume, the condensation capacity per unit face area of there PFHXs was higher than or equivalent to that of the CTHX under the same testing condition.Keywords Parallel flow condenser Condensation heat transfer MPE tube0 前言全铝钎焊式平行流冷凝器因其结构紧凑、换热效率高、内容积小、重量轻等众多优点，近年来备受国内外HV AC&R行业内人士关注。
该种换热器的应用始于汽车空调，目前已逐步进入国内外家用/商用空调市场，因此也是近几年国内外空调企业、高校研究所的研究热点。
全铝钎焊式平行流冷凝器整体结构如图1（a）所示，主要由集管、多孔挤压扁管（MPE）和翅片组成，所有材质均为铝合金，整体组装后采用真空钎焊炉或充氮保护钎焊炉（CAB）整体钎焊而成。
翅片外观通常为波浪形，片型一般为百叶窗，翅片与MPE管接触处焊接后为金属键链接，无接触热阻，图2是翅片与MPE管钎焊后焊合部位的局部放大图。
MPE管横截面有多个内孔，内孔形状有矩作者简介：梁祥飞（1976- ），男，硕士，工程师。
形、圆形、三角形等，内孔水力直径一般在0.5～1.6mm。
MPE管横截面高度一般在1～3mm，宽度则在12～26mm。
波浪形翅片高度称为波高，一般在5～10mm，两相邻顶点之间的距离称为波距，一般在2～3mm，翅片厚度则在0.05～0.1mm。
本文对六种不同规格的平行流冷凝器进行了冷凝换热对比试验，同时将实验结果与现行双排φ9.52翅片管换热器进行了对比，得到风阻、冷凝能力和综合冷凝能力等对比实验曲线。
对比试验结果表明：部分规格的平行流冷凝器在相同风速下的单位迎风面积冷凝能力高于对比用翅片管换热器。
集管（a）整体（b）局部图1 全铝钎焊式平行流冷凝器示意图图2翅片根部与MPE管焊合部位局部放大图1 试验样件及试验方案1.1 试验样件本文所采用的全铝钎焊式平行流冷凝器的基本参数列于表1中，换热器代号PFHX-2.0×20中的2.0×20表示该种规格的MPE管规格（高×宽）。
表1中的第1和第2两种换热器虽然MPE管规格相同，但管内结构不同，其中A管内孔带内微肋。
每种冷凝器的流程数和对应每个流程的MPE管并联数列于表2中，其中对应表中的PFHX-1.4×16的流程布局示意图见图3。
采用双排φ9.52内螺纹铜管百叶窗翅片管换热器作为对比样件，横向孔距25.4mm，纵向孔距22mm，片距1.6mm，流路布局为热泵型空调器常用形式。
所有试验样件均为直板形式。
1.2 试验方案为保证换热器单体冷凝试验数据的可比性，进风干/湿球温度、迎面风速、制冷剂入口压力、制冷剂入口过热度、制冷剂出口过冷度均受控。
制冷剂为R-22。
单体换热器冷凝换热性能对比试验在格力两器暨空调焓差实验台上完成。
表1 平行流换热器试验样件基本参数表（单位：mm）换热器代号片型波高波距总管数PFHX-3.0×16A 百叶窗8 2.6 44 PFHX-3.0×16B 百叶窗8 2.5 40 PFHX-2.0×20 百叶窗8 2.3 49 PFHX-2.0×25.4 百叶窗8.5 2.75 47 PFHX-1.9×16 百叶窗8 2.6 50 PFHX-1.4×16 百叶窗 5 2.4 77 表2 平行流换热器试验样件各流程MPE管并联数换热器代号1st2nd 3rd 4th 5th6th PFHX-3.0×16A139 7 6 5 4 PFHX-3.0×16B15 12 8 5 - - PFHX-2.0×20 14 10 9 7 5 4 PFHX-2.0×25.419 14 9 5 - - PFHX-1.9×16 22 14 8 6 - - PFHX-1.4×16 33 23 12 9 - -Inlet图3 PFHX-1.4*16流程布局示意图2 试验结果及分析空气侧试验工况为：进风干湿球温度35/24℃，迎面风速（折算进风风量与迎风面积之比）范围为1.4～2.5m/s；制冷剂侧试验工况为：制冷剂R22，入口压力（绝对）1.729～2.033MPa，入口过热度20℃，出口过冷度8℃。
六种平行流冷凝器PFHX的风阻试验曲线示于图4中，作为对比，同时示于此图中的还有双排φ9.52百叶窗翅片管换热器CTHX-9.52×2R的风阻试验曲线。
可见，在试验风速范围（1.4～2.5m/s）内，CTHX的风阻最高，这主要是由于φ9.52翅片管换热器流向深度（为44mm）最长且圆管的形体阻力最高。
PFHX-2.0×20的风阻曲线与PFHX-1.4×16基本重合，比PFHX-2.0×25.4低约15.5%，分别比PFHX-3.0×16A和PFHX-1.9×16低约10.7%～14.4%和41%～50%。
PFHX-3.0×16A比PFHX-1.9×16的风阻高约27%～31%的主要原因在于前者MPE管的形体阻力较高，即MPE管减薄可有效降低风阻。
从表1可见，PFHX-3.0×16B与PFHX-3.0×16A的基本参数接近，但前者风阻却高出31%～35%。
经查看实物并对比发现，PFHX-3.0×16B的翅片开窗不连续、变形且翅片缝隙间残留焊渣，这些导致空气流通不畅。
5101520253035404550551.41.6 1.82.0 2.2 2.4 2.6v y /m/sΔp a /P a（进风35/24℃，R-22，入口压力1.856MPa ，入口过热度20℃，出口过冷度8℃）图4风阻随迎面风速变化对比对所有风阻试验数据进行最小二乘法拟合可知，风阻-风速曲线满足抛物线分布。
出于对比目的，将换热器的单体冷凝能力在对比工况下进行处理后所得到的单位迎风面积相对冷凝能力(Q c /A y )/(Q c /A y )R 与迎面风速v y 的变化曲线示于图5中，其中(Q c /A y )R 为单位迎风面积冷凝能力参考值（处理时取相同值）。
由图5可见，在试验风速范围（1.4～2.5m/s ）内，PFHX-1.4×16与PFHX-2.0×25.4（二者相当）最高，比CTHX-9.52×2R 高出5.7%～7.9%，PFHX-2.0×20与双排φ9.52翅片管换热器相当，其他三种PFHX 均低于双排翅片管换热器，其中PFHX-3.0×16A 约低9.5%，PFHX-1.9×16约低17%，PFHX-3.0×16B 约低20%。
PFHX-3.0×16B 翅片开窗质量差、残留焊渣等均降低了翅片侧传热性能，另外，其MPE 管与PFHX-3.0×16A 相比无内侧强化，因而冷凝换热能力相对较低（约低12%）。
0.81.01.21.41.41.61.82.0 2.22.42.6v y /m/s(Q c /A y )/(Q c /A y )R（进风35/24℃，R-22，入口压力1.856MPa ，入口过热度20℃，出口过冷度8℃）图5单位迎风面积相对冷凝能力随迎面风速变化对比0.60.81.01.21.420406080100120Δp a,t ×v a /W/m2(Q c /A y )/(Q c /A y )R（进风35/24℃，R-22，入口压力1.856MPa ，入口过热度20℃，出口过冷度8℃）图6单位迎风面积相对冷凝能力随单位迎风面积理论功耗变化对比若以换热器体积和冷凝能力评价，在试验工况下，PFHX-1.4×16单位体积换热量约是CTHX- 9.52×2R 的3倍。
考虑到相同风速下的风阻不同，为了综合评价，采用冷凝能力-风机理论功耗曲线进行对比，处理所得到的单位迎风面积相对冷凝能力(Q c /A y )/(Q c /A y )R 随单位迎风面积理论功耗（表示单位迎风面积总压功耗）Δp a,t ×v a （Δp a,t 为风机产生的动压与静压之和，v a 取出口风速）的变化曲线示于图6中。
