加工参数对三维整体外翅片铜管冷凝换热性能影响研究

　　随着能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把能源的高效利用摆到十分重要的位置，如何提升强化传热效率，使得设备投资和运行费用最低成为了一个重要的问题，换热器的发展因此面临着新的挑战1。

　　三维翅片管属于第三代传热技术范畴，具有优异的强化传热性能，迄今为止，对三维外翅片管的成形研究较多，而对强化传热机理以及加工参数对传热性能的影响的研究还有待深入2。文献 [3-7] 介绍了一种新型加工工艺(犁削—挤压加工成形)制造的三维外翅片管的研制过程和加工方法，这种工艺通过刀具挤压面使挤压面一侧的金属产生塑性形变形成鼓包，然后利用刀具顶刃切开鼓包，使得挤压面一侧金属按挤压面形状产生塑性形变，形成有规律的翅片，并做到无屑加工。该翅片管能有效地增大换热面积，翅片成型过程中形成的微小颗粒能有效增强层流扰动，二维沟槽结构不但更好的起到导流作用，也增强了毛细作用效果，在表面张力作用下，冷凝膜更薄，符合换热器节能高效的特点。文献 [8]中对翅片的成形规律建立数学模型研究，并提供了各刀具参数和进给量与切削深度之间的计算公式，利用公式计算顺利成翅的条件以及加工参数的合理性，但翅片管的传热性能尚待系统性研究。为了进一步适应翅片管生产加工的要求，本文通过实验，研究使用犁削—挤压法加工成型的三维翅片管的冷凝传热性能，以及进给量和切削深度等加工工艺参数对冷凝传热性能的影响，为三维翅片管的设计加工提供进一步的参考依据。

　　1 试验装置和原理

　　1.1 实验装置

　　实验装置如图1所示，工质在蒸发器中经管程热水加热至沸腾，然后进入冷凝器壳程经管程的冷却水冷却，冷凝器换热设备由犁削—挤压加工工艺制造的新型三维外翅片管组成，工质在冷凝器冷凝后返回蒸发器，开始下一次循环。试验中首先将系统抽真空，通入氮气，检查气密性，若系统密封性能可靠，则向蒸发器中通入氟利昂(R22)，向蒸发器管程通入 39℃的水，保持冷凝管恒压，直至冷凝器入口处温度波动在10min 内保持小于0.1 ℃，开始实验数据采集，测量冷却水流速，将热电偶(K 型)记录的冷却水入口、出口温度以及工质饱和蒸汽温度通过数据采集仪(Agilent34970A)输入计算机进行后期处理。

　　1.2传热系数的计算

    采用Wilson图解法9获得冷凝器管内流体换热系数：

式中：为传热系数，为热导率，为常数; d为管的内外柸直径;下角标 i 表示进口，o表示出口，表示壳程，表示管程，下同。

　　冷凝管管程热负荷：