内螺纹铜管基本参数对换热的影响

关于内螺纹管及光管冷凝器换热效果的实验分析秦妍张剑飞(大连三洋压缩机有限公司)摘要采用实验方法,对比分析采用<7 mm 的内螺纹管和光管冷凝器对冷冻系统整机性能的影响。

测试结果表明,采用内螺纹管的冷凝器, 冷凝温度降低 1 K, 压损增大30 % , 功率减小1. 5 % , 换热量增大2. 5 % ,能效比增加3. 3 %。

关键词内螺纹管;光管;性能Exper i m en ta l ana ly s i s on hea t tran sfer effec t of con den ser w ithin terna lly r ibbed tube or s m oo t h tubeQ i n Yan Zhang J i anfe i(D a l i an S AN Y O Comp re s so r Co. , L td. )Con t ra s ts and ana l yz e s the effec t s app l yi ng <7 w ith i n t e r na l l y ri bbed tube o rA B STRAC Ts moo t h tube on engi ne p e r f o r m a nce of ch ill e r syste m. The te s t re s u l ts show tha t the conden s i ngtemp e r a t u r e dec rea s e s1 K, the powe r dec r ea s e s1. 5 % , the hea t i ng tran s fe r ab ility i nc r ea s e s2.5 % and the CO P i nc rea s e s3. 3 %when u s i ng the conden s e r w ith i n t e rna l l y ri bbed tube.KE Y W O R D S i n t e r na ll y ri bbed tube; s moo t h tube; p e r f o r m a nce1 研究背景内螺纹管产生于上世纪70年代,作为强化换热器管内换热、提高空调器能效的关键材料,一直以来被制冷空调行业广泛采用。

内螺纹铜管基本参数对换热的影响换热器在空调中占有重要位置，而内螺纹铜管在换热器中，不论是从换热性能还是成本上来说都是占主导地位。

一、基本介绍内螺纹铜管又称非平滑管，是指外表面光滑，内表面具有一定数量，一定规则螺纹的铜管。

因此与同规格光管相比增加了热交换面积，提高制冷剂侧的热传导率，使得气液界面的扰动大大增加，管底部与顶部的制冷剂液体得到有效搅拌，同时由于表面张力使液膜变薄等原因,使得其传热系数增大（当然对换热器在蒸发和冷凝时影响因数是有差别的，蒸发时：增大换热面积；增加气化核心数量；促使波状流型提前转变为半环状和环状流，从而增加润湿表面；增加了液膜的紊流、扰流度。

冷凝时：增大换热面积；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冷媒液膜厚度；增强了液态冷媒的紊流、扰流度，增强气液两相的混合），从而有效提高热交换率,所以它的导热性能要比光管提高百分之三十至四十。

从加工方法上分为无缝内螺纹铜管和焊接内螺纹铜管,目前国内主要使用无缝内螺纹铜管.二、内螺纹铜管标识按国标GB/T20928-2007中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示：示例1:用TP2制造的，供应状态为M2，外径为9.52mm，底壁厚为0.30mm，齿高为0.20mm，齿顶角为53度，螺旋角为18度，螺纹数为60的无缝内螺纹盘管，标记为：无缝内螺纹盘管TP2 M2 φ9.52×0.30+0。

20-53—18/60TP2：牌号，是磷脱氧铜，磷脱氧铜是熔解高纯度的原材料,把熔化铜中产生的氧气用亲氧性的磷（P）脱氧，使其氧含量降低到100PPm以下，从而提高其延展性、耐蚀性、热传导性、焊接性、抽拉加工性，在高温中也不发生氢脆现象。

三、内螺纹铜管齿形基本参数及对其传热性能的影响齿形图1、外径D我们蒸发器目前用φ7管径(C型蒸发器用6.35)，冷凝器用φ9。

Ф5与Ф7换热器比较分析背景：近年来，由于国际铜价节节攀升且居高不下，如果降低空调器铜用量各大厂家也是八仙过海，比如铝制换热器，ACC管，小管径铜管替代原有较大管径的铜管等。

随着环保节能的考虑，家用空调用冷媒逐渐由R22过渡到R410A，整机中R410A运行压力要比R22高出60%，因此系统性能受冷媒压力损失的影响较小，更适合于采用小管径铜管换热器。

空调换热器采用小管径铜管后，管内换热和压降特性会随之改变，根据换热器试验研究表明：在冷媒质量流量相同情况下，Ф5铜管管内制冷剂的摩擦压降比Ф7的大20-40%。

因此在实际应用Ф5铜管时，需要针对Ф5铜管的换热和压降特性，对换热器型式进行优化调整，如翅片或流路，同时制冷剂充注量可以减少了10-20%，需要对系统的其他部件，如膨胀阀的开度进行调整，以求系统的性能接近甚至优于原有系统性能。

一、行业Ф5翅片方面的应用情况：1）日本应用情况小结：◆换热器越来越细管径化，Φ5换热器在室内机上有4家公司使用。

2家是跟其他管径的组合构成的圆弧换热器。

大金使用的更细的φ4。

◆φ5以下的細管各公司几乎都是用在能力2.2～7.1kW的室内机上。

这是因为室内机箱体从小到大共都是通用的，φ5可以使用在家用空调上限7.1kW。

◆作为日本冷暖变频室外机，各企业的设计中没有使用φ5换热器，一般是Φ7或φ7.94。

因为用φ5的话分流回路数多分流太复杂。

φ7换热器在4.0kW机上都要分4路，φ5的就太复杂了。

◆室内机的φ5换热器几种管径（φ5和φ6.35等）组合，可以简化分流并提高性能。

2）韩国应用情况3）国内应用情况Ф5管技术在2005年以后引入国内，在2007年国内相应的产品设计和生产工艺已经成熟。

经向冲床及模具厂家调研，近3年以来美的、格力在Ф5换热器设备方面投入较大，Ф5换热器的产能各达到100万件/月的大批量生产规模。

◆美的2009年以前陆续购入5条Ф5换热器生产线，2009~2010年进口了10条日本日高公司Ф5换热器生产线，已经在今年旺季实现规模效益。

一、计算模型与验证1.物理模型。

模拟以内管径D in为8.96mm的内螺纹管为对象，其结构参数如图1所示。

内螺纹管的内管径D in=8.96mm，管长L=700mm。

肋底a=0.23mm，肋顶b=0.08mm，肋顶角β=53°,螺纹沿管中心均匀布置。

变量为螺纹头数N和螺旋升角α。

螺纹头数N分别取30，45，60；螺旋升角α取18°，30°，45°，60°。

管内流体为水，管内流体雷诺数处于3200~6400，流动处于湍流状态。

研究表明，湍流状态下，若L/Din>60，则可忽略入口段的影响。

经判断，本次模拟中L/D in=78，故计算结果可以认为不受入口效应的影响。

图1　内螺纹管径向剖面局部示意图2.计算模型验证。

为验证FLUENT软件、标准k-ε湍流模型的准确性，笔者对光管进行试运算，并将计算结果所得努塞尔数Nu0和阻力系数f0与Dittus-Boelter、Gnielinski、Fikonenko关联式、Blasius实验关联式比较。

图2、图3分别是光管的模拟结果Nu0和f0与实验关联式的对比。

Nu0与Dittus-Boelter关联式最大偏差-9.5%；与Gnielinski关联式最大偏差12.4%。

f0与Fikonenko关联式最大偏差-2.51%；与Blasius关联式最大偏差6.21%。

与关联式最大偏差小于15%，故认为两者相关性较好，验证了计算模型的准确性。

图2　光管Nu与实验关联式验证图3　光管阻力系数f与实验关联式验证二、网格与边界条件1.网格划分。

使用ICEM软件建立模型并进行网格划分。

模拟计算使用Fluent 2020R2完成。

在壁面处使用壁面函数法处理近壁面问题，经多次调整首层网格高度并试运算，当首层网格高度大于1.76mm时，满足壁面函数法使用的要求Y+>30。

划分网格结构如图4所示。

图4　使用壁面函数法网格划分示意图2.网格无关性验证。

螺纹管换热效能介绍螺纹管换热器是一种常用的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源领域。

本文将深入探讨螺纹管换热器的换热效能，包括其原理、影响因素以及优化方法。

原理螺纹管换热器通过将热流体和冷流体分别流过内外两侧的螺纹管，实现热量的传递。

其工作原理可以分为对流换热和传导换热两个过程。

对流换热对流换热是指热流体和冷流体之间的热量传递通过流体的对流传递。

螺纹管的设计可以增加流体之间的接触面积，提高对流换热效率。

此外，螺纹管的流动路径也可以增加流体的流速，加强对流换热。

传导换热传导换热是指热量通过固体壁传导到另一侧的过程。

螺纹管的壁厚度和材料的热导率会影响传导换热的效果。

较大的壁厚度和较高的热导率可以提高传导换热的效率。

影响因素螺纹管换热器的换热效能受多种因素的影响，包括流体性质、螺纹管参数和操作条件等。

流体性质流体的物理性质对换热效能有重要影响。

流体的热导率、密度和粘度等参数会影响热量传递的速率和效果。

高热导率和低粘度的流体有利于提高换热效能。

螺纹管参数螺纹管的参数包括螺距、螺纹角和螺纹深度等。

这些参数会影响螺纹管内的流体流动状态和流速分布，从而影响换热效果。

合理选择螺纹管参数可以提高换热效能。

操作条件操作条件如流体流速、温度差和压力差等也会对换热效能产生影响。

较高的流速和温度差可以促进换热，但过高的压力差可能会导致流体泄漏和能耗增加。

优化方法为了提高螺纹管换热器的换热效能，可以采取以下优化方法。

优化螺纹管设计合理设计螺纹管的几何参数可以改善流体的流动状态，增加接触面积和流速。

例如，增加螺距和螺纹角可以增大流道尺寸，减小流体阻力，提高换热效能。

优化流体性质选择具有较高热导率和较低粘度的流体可以提高换热效能。

在一些特殊应用中，也可以考虑使用具有较大热容量和较高传热系数的工质。

控制操作条件合理控制操作条件可以达到最佳的换热效果。

调整流体的流速、温度差和压力差等参数，以确保在经济和安全的前提下获得最大的换热效能。

简介2发展简史3传热性能4生产过程▪生产工艺▪生产标准▪应用领域1简介内螺纹铜管又称非平滑管，英文名称INNER GROOVED COPPER TUBE(IGT)，是指外表面光滑，内表面具有一定数量，一定规则螺纹的内螺纹TP2紫铜管。

由于内螺纹铜管内表面积的增加，所以它的导热性能要比光管提高百分之二十到三十。

随着世界能源紧张和国内能效比空调准入制度的实行，内螺纹铜管将会被广泛应用到空调制冷行业中。

2发展简史内螺纹铜管的发展大致经历了如下几个发展阶段：（1）山型齿内螺纹管；（2）梯型槽内螺纹管；（3）顶角型内螺纹管；（4）细高齿型内螺纹管。

（又称瘦高齿内螺纹铜管）目前，国外又陆续推出了高低齿齿型、齿顶开槽、双旋向等内螺纹管。

3传热性能按照国标GB/T20928-2007中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示：示例1：TP2 M2 φ9.52×0.30+0.20-53-18/60 GB/T20928-20072、（用TP2制造的，供应状态为M2，外径为9.52mm，底壁厚为0.30mm，齿高为0.20mm，齿顶角为53度，螺旋角为18度，螺纹数为60的无缝内螺纹盘管，）标记为：无缝内螺纹盘管TP2 M2 φ9.52×0.30+0.20-53-18/60 GB/T20928-20072、内螺纹铜管尺寸参数及对其传热性能的影响（1）外径早期空调换热器中使用得较普遍的铜管直径为9.52mm左右，进入1990年以后一些空调器生产企业已经将换热器的传热管管径细化成7.0mm，其中蒸发器管径细化的现象最为普遍。

这种细管径的换热器，由于管与管之间距离缩小，使得肋片效率提高、传热有效面积增加、空气流过时的流动阻力减小，强化传热。

1995年以后，一些家用空调器生产企业又将传热管的管径进一步细化为6mm，甚至5mm，传热效率又进一步提高，尤其是在应用于替代制冷剂R410A的室内机时，由于R410A制冷剂系统的压力比R22的高1.6倍左右，使用细径管有利于提高安全可靠性。

空气预热器技术说明空气换热器1、前言冶金行业是国家能源消耗大户，同时也是环境污染的主要制造者之一。

国家制订的可持续发展的长期目标，其重要保证条件就是降低冶金行业能耗，提高能源利用率，减少污染排放，实现和谐发展。

冶金行业要降低能耗，除了改善生产工艺和条件，另外的一个重要途径就是充分利用排放掉的能源，从而提高能源利用效率。

利用排放掉能源的主要设备就是换热器。

管壳式换热器是一种常见的换热设备，已经有近百年的历史。

目前已经已经有非常多的种类，广泛应用于各种行业。

管壳式换热器的特点是：换热空间是管束以及管束外面的壳体与管束形成的空间。

一种流体走管内，另外的流体走管与壳之间。

两种流体通过管壁进行换热。

管壳换热器的优点是应用广泛，可以耐高温高压，可以大型化，它的缺点是传热系数比较低，单位换热面积消耗的金属材料比较多。

为了解决这个问题，人们采取了很多方法来改善管壳换热器的传热条件。

2、螺纹管螺纹管是上世纪末出现的一种异形传热管，它通过对光滑钢管进行压力加工，使其发生螺纹状形变，表面形成螺纹凹槽而成。

螺纹管同光滑管比有非常明显的性能增强：①由于螺纹凹槽的形成，可以使管内气流形成旋流，增强了紊流状态下的对流传热能力；②螺纹凹槽使得管子表面变得粗糙，破坏了气流边界层，使得在层流状态下气体对流传热有明显提高；③螺纹凹槽可使管子传热表面积有所增加；④螺纹管比光滑管的固有频率提高，降低了换热器的振动。

但是螺纹管的阻力比光滑管大，管子刚度也比光滑管小，这是螺纹管存在的缺点。

AA2 机组空气预热器的换热元件就采用单程轧槽螺纹管。

3、换热器结构换热器采用高温列管式，风箱为方形，烟气走管外行程，空气走管内行程。

整个换热器嵌入烟气通道内，没有外壳。

烟气经过换热管外换热后直接排放掉，为一个行程。

空气经过四个管行程被烟气加热，管束用风箱和连接管连接，连接管高温端有膨胀节。

空气流与烟气流呈逆差流的流动分布。

4、换热器参数4.1 烟气参数：入口温度：850C 出口温度：393C烟气量：9636m3/h・C 阻力损失：62Pa烟气放出热量：1.405 x 106kcal/h4.2空气参数：入口温度：20C 出口温度：550 C空气量：7524m3/h・C 阻力损失：770Pa空气吸收热量：1.286X 106kcal/h4.3换热管参数：管子类型：单程轧槽螺纹管光管规格：© 45X 2.5X 1900，中间有折弯管子数量：276 X 4=1104根4.4管子排布：迎风面截距110mm,气流方向截距67mm,三角形错排4.5传热参数：管外传热系数：28.8kcal/m2- h -C管内传热系数：84.1 kcal/m2- h -C综合传热系数：20.8 kcal/m2- h -C传热面积：215m24.6材质：由于换热器管壁温度有超过500C的部分，所以前两行程的管材为1Cr18Ni9Ti ,并且热浸镀渗铝,后两行程的管材为20g, 符合GB3087-99 标准, 样也热浸镀渗铝。

Articles论文强化内螺纹铜管传热的试验研究及分析Experimental study on analysis on heat transfer of copper pipe withinternal thread reinforcement唐华李成思式港TANG Hua LI Chengen WUTao广东美的制冷设备有限公司广东佛山528311Guangdong Midea Refrigeration Equipment CO.LTD Foshan528311摘要本文主要研究内螺纹铜管的齿形对翅片管式换热器冷媒侧换热性能的影响。

目前螺旋角通常处于10°〜30°范围内，通过在现有内螺旋纹铜管螺旋角基础上继续加大螺旋角，同时增加齿数，采用单体试验和整机性能试验测试分析螺旋角和齿数对换热器性能影响的趋势，为进一步开发高效节能的铜管打下良好的理论基础。

关键词螺旋角；翅片管式换热器：内螺纹铜管；换热性能AbstractWe mainly studies the influence of the heat transfer performance of the tooth profile of internal thread copper tube in heat exchanger's refrigerant side.The spiral angle is usually in the range of10°to 30°the effect of spiral angle on the performance of heat exchanger was studied by increasing the spiral angle of spiral angle and the lager number of gear tooth.The trend of increasing the helix angle and gear tooth to the heat exchanger performance was analyzed by monomer test and the whole machine performance test.It lays a good the oretical foundation for thes further development of efficient copper tube.KeywordsSpiral angle;Finned tube heat exchanger;Internal thread copper tube;Heat transfer perfonnance内螺纹铜管是目前制冷用空调领域应用域广泛的-种热传导管，产生于2（）世纪70年代，是制造空调器中蒸发器和冷凝器的关键传热材料，其目的在于提高铜管的传热效率，进而提高空调的能效比，满足空调器高效节能的要求。

第 9卷第 6期制冷与空调2009年 12月REFRIGERA TION AND A IR CONDITIONIN G35238收稿日期 :2009208225通信作者 :郭宏林 ,Email :guohonglin2@126. com内螺纹铜管齿形参数对传热性能的影响董志强郭宏林蔡运亮安鹏涛(金龙精密铜管集团股份有限公司摘要利用 R 22单管传热试验台 , 对相同工况下不同结构参数的内螺纹强化管进行蒸发冷凝换热试验。

通过对比分析试验数据 , 发现改变齿形参数对内螺纹管换热系数影响较大 , 且 Tube 2N EW 换热性能优于其他管型。

关键词内螺纹强化管 ; 蒸发 ; 冷凝 ; 换热系数 ; 齿形 ; 制冷 ; 空调Influence of tooth prof ile parameters of inner 2grooved copper tube on heat transfer performanceDong Zhiqiang Guo Honglin Cai Yunliang An Pengtao(G olden Dragon Precise Copper Tube Group Inc.ABSTRACT By using of t he single t ube laboratory for R 22, test s and compares t he evap 2oration and co ndensation heat t ransfer performance wit h different toot h p rofile parameters of inner 2grooved t ube. The result s show t hat toot h p rofileparameters of inner 2grooved t ube have enormous influence on heat transfer coefficient , and Tube 2N EW has t he best heat t ransfer coefficient.KE Y WOR DS inner 2grooved t ube ; evaporation ; co ndensation ; heat transfer coefficient ; toot h p rofile ;ref rigeration ;air 2conditioning自 20世纪 70年代首次应用于空调换热器 , 内螺纹铜管已经成为制冷换热设备中不可或缺的材料。