钢管串铝箔空气热交换器的研究探讨

　　1 空气热交换器的用途及特点

　　空气热交换器(又名散热器或散热排管,本文简称热交换器)是以冷热媒介进行冷却或加热空气的换热装置中的主要设备,广泛应用在工矿、轻工、造纸、纺织、医药、食品等各种行业中的热风采暖、空调、冷却、除湿、烘干等工程。常用的空气热交换器有钢管缠绕钢带式热交换器和铜管串铝箔热交换器。

　　钢管缠绕钢带式热交换器,是用10mm宽的薄钢带立着缠绕在无缝钢管外径上,单管结构如图1,缠绕的螺线间距t=3. 2mm~7mm,由于钢带与钢管之间存在间隙,为了消除间隙,一般采用热浸锌(即热镀锌)来填充空隙及防腐处理。这样的工艺很难保证钢管与钢带间的间隙全部消除,或接触不紧密,就存在一定的接触热阻。钢带与散热管接触面之间几乎是线接触,接触面积小,热传导量就小,散热条件就较差。缠绕钢带虽然镀了锌,但在湿热环境下长期工作,使用不了几年就生锈,原来浸锌的接触间隙又出来了,严重的缠绕钢带锈到脱落,不仅传热性能下降,而且使用寿命也短。

　　铜管串铝箔热交换器,也称表冷器,是用铝箔冲孔翻边套在铜管上,然后通过专用涨管机,将铜管涨大(连同铝箔孔一起涨大),局部单管结构如图2,铝翅片与铜管接触紧密,传热性能与空气流动性能良好。目前这类热交换器在空调中大量使用,由于采用铜管,材料成本高。

　　钢管缠绕钢带式热交换器材料成本低,但使用效果差,使用寿命短,能源浪费大;铜管串铝箔热交换器,使用效果好,但材料成本高。为了寻求一种材料成本低、使用效果又好的热交换器,我们以钢管代替铜管,铝箔串片涨紧代替缠绕结构,进行了理论计算分析和产品的试制、应用。

　　2 热交换器有关技术参数的分析、探讨

　　将钢管缠绕钢带式和钢管串铝箔热交换器的接触传热面积、散热面积、导热系数、材料成本和使用寿命进行比较。

　　2.1接触传热面积的比较

　　取l=1 000mm长的缠绕式散热管,螺线缠绕节距t=312mm,钢管外径d2=16mm,内径d1=14mm,钢带宽B=10mm,钢带厚D=0.5mm,缠绕在l=1 000mm长的散热钢管上钢带全长L为:

　　由于是立着绕制,钢带绕在钢管上的接触面积几乎成了线接触,接触面积:

　　1 000mm长无缝钢管外径的表面积:

　　接触面积率:

　　由计算可看出,缠绕带与散热钢管之间接触仅有35116%的有效传导面积。故散热片热源端热传导面积较小,单位面积传导负荷大,尽管经过浸锌或浸锡已填充间隙,均只能降低接触热阻,对降低单位面积热传导负荷作用不大。

　　取1 000mm长的整体铝箔热交换器散热钢管进行计算分析,串片的铝箔厚度D=0.15mm~0.2mm,翻边后高度(也就等于节距t)为3.2mm。从图2可看出,散热钢管只在铝箔翻边后的孔口处有R0.3mm未接触,即串在管子上的铝箔与散热钢管实际接触的长度为: