翅片是换热器设计

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1、强制对流空气冷却式空调冷凝器的设计陈景锐机电工程系制冷工程02010962【摘要】本文介绍了强制对流空气冷却式空调冷凝器的结构及特点，并详细论述了其设计过程，最后联系实践，制作出用于指导生产的工序指导卡。【关键词】空调冷凝器、设计、工序指导卡引言：换热器是制冷空调系统中最重要的部件之一,其性能的好坏直接影响着整个系统的性能。因此,换热器的研究一直是制冷空调领域中一个非常活跃的研究方向。本文以冷凝器为例，对强制对流空气冷却式空调换热器的设计进行了初步探讨。一、概述冷凝器的功能是把由压缩机排出的高温高压制冷剂气体冷凝成液体，把制冷剂在蒸发器中吸收的热量（即制冷量）与压缩机耗功率相当的热量之和排入

2、周围环境中。因此，冷凝器是制冷装置的放热设备，其传热能力将直接影响到整台制冷设备的性能和运行的经济性。冷凝器按其冷却介质可分为水冷式、空冷式和水/空气混合式。由于空冷式冷凝器使用方便，尤其适合于缺水地区，在小型制冷装置（特别是家用空调）中得到广泛应用。空冷式冷凝器可分为强制对流式和自然对流式两种。自然对流式冷凝器传热效果差，只用在电冰箱或微型制冷机中。下面仅讨论强制对流式冷凝器。二、强制对流空气冷却式冷凝器的结构及特点强制对流空气冷却式冷凝器都采用铜管穿整体铝片的结构（因此又称管翅式冷凝器）。其结构组成主要为——U形弯传热管、翅片、小弯头、分叉管、进（出）口管以及端板等（如图1），其加工工艺

3、流程如图2。第9页共9页下面简要介绍一下各主要部分：1、U形弯传热管U形弯传热管俗称大U弯，其材料一般为紫铜。为了减少金属材料消耗量及减少冷凝器重量，在强度允许的条件下，应尽量避免使用厚壁铜管。U形弯传热管有光管和内螺纹管两种。由于内螺纹管重量轻、成本不高，并且其内表面传热系数较光管要增加2~3倍【1】参看《小型制冷装置设计指导》。。因此，现在光管已基本上被内螺纹管代替了。2、翅片除非客户特别要求，否则翅片的材料一般为铝。它有平片、波纹片和冲缝片三种形式，并且这三种形式的表面传热系数也相差较大。对使用波纹片和冲缝片的管簇，其空气侧表面传热系数目前尚无简单准确的计算式。实践表明，采用波纹片和冲

4、缝片时，空气侧表面传热系数较一般平翅片分别大20%和60%以上【2】参看《小型制冷装置设计指导》。。由于空气通过叉排管簇时的扰动程度大于顺排，空气通过叉排管簇时的表面传热系数较顺排管簇高10%以上，因而，空冷式冷凝器的管簇排列以叉排为好。为了使弯头的规格统一，一般管簇都按等边三角形排列。为了使翅片有较高的翅片效率，保证弯头的加工工艺要求，管中心矩应是传热管外径的2.5倍。按等边三角形叉排布置的翅片管簇，对每根而言，其翅片相当于正六角形（如图3）第9页共9页为了有效利用空冷式冷凝器的传热面积，并且保证焊接工艺要求，沿空气流动方向的管排数一般为1~4排【1】有的书上是2~6排或2~8排，此处仅以

5、科龙型冷凝器为参考依据。（注：如果排数大于4排，过自动焊时就很难保证焊接质量。）。为了增加铜管与翅片的接触面积，进而增加整个冷凝器的换热面积，一般将翅片孔外沿翻边。翅片的翻边保证了翅片的间距，同时也保证了胀管工艺。图4为翅片翻边示意图。为了提高换热器的传热效果，必须避免或减小翅片与管面之间的接触热阻，使翅片与管面间保证良好接触，因此一般会采用机械胀管方法，其胀紧量一般为0.08~0.15㎜【2】此数据是依据科龙型冷凝器的工艺参数计算得出的，折算成接触率就是0.4%~2.05%左右，与《小型制冷装置设计指导》里的0%~2%接近，但与有的书上的2.5%~5%相差较远。。三、冷凝器的设计计算1、设

6、定有关参数【3】相关参数的假定是以国家标准和科龙型冷凝器为参考依据的。取当地大气压强P=98.07kpa，冷凝温度,蒸发温度，进口空气干球温度，进出口空气温差，则出口空气干球温度，制冷量，选用R22作为冷媒。翅片采用冲缝普通铝片，管簇排列形式为正三角形叉排，铝片厚度δ=0.105㎜，翻边高度㎜,传热管采用Φ7×0.25×0.1内螺纹紫铜管【4】Φ7×0.25×0.1表示铜管外径为7㎜，管壁厚度为0.25㎜，齿高0.1㎜。】，则孔中心距㎜。假定迎面风速，有效单管长即两端板距㎜。2、设计计算（1）平均温度及对数平均温差第9页共9页（2）冷凝热负荷查R22冷凝负荷系数图【1】请参看《小型制冷装置设

7、计指导》或相关文献。1】，当、时，其冷凝负荷系数，因此冷凝热负荷（3）肋化系数每米管长翅片侧面面积【2】㎡/m每米管长翅片间管面面积（即翻边面积）=0.0212㎡/m则每米管长总外表面积=0.2805+0.0212=0.3017㎡/m每米管长总内表面积㎡/m所以肋化系数（4）迎风面积查干空气物理性质表，在大气压力P=98.07kpa、空气平均温度条件下，其性质如下：第9页共9页在进风温度条件下，则冷凝器所需空