新型高效换热管的换热原理.doc

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1、新型高效换热管的换热原理（节选）田福生（江苏兴荣高新科技股份有限公司）新型高效换热管是采用铜铝材料经过界面冶金结合制造的，这种复合材料同时具有铜和铝的一些特性。但是否比单体材料性能优越，我们从金属学和传热学理论分析如下：新型高效换热管主要用途是空调的蒸发器和冷凝器。而蒸发器和冷凝器主要结构是由运载制冷剂的载体管材和在其上的铝散热翅片所构成。散热片选用较高导热系数的材料对提高热传导效率很有帮助。如铝的导热系数为735KJ/(M.H.K)，铜的导热系数为1386KJ/(M.H.K)，同样体积的散热片，铜的重量是铝的3

2、倍，而铝的比热仅为铜的2.3倍。所以在相同体积下，铜散热片可以比铝散热片容纳更多的热量，升温更慢。同样壁厚的管材，铜不但可以快速带走制冷剂的温度，自己的温度上升也比铝的缓慢，因此铜更适合做成新型高效换热管的内表面。铜的瞬间吸热能力比铝合金好，但散热的速度就较铝合金要慢，这主要是铝的比热比铜高2.3倍的缘故。考虑了铜和铝这两种材质各自的优缺点，因此新型高效换热管采用了铜铝复合制造，这种复合管材采用纯铜做为管材内表面金属，而管材外表面和散热鳍（翅）片采用铝合金。凭借较高的导热系数，铜制内层可以快速吸收制冷剂释放的热量

3、；铝制外层与可以借助复杂的工艺手段制成最有利于散热形状的鳍片涨合在一起，铝鳍片提供了较大的储热空间并快速释放。铝与铜之间没有任何介质，从微观上看铝和铜的原子相互连接实现了冶金结合，从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介面热阻的弊端，大大提高了产品的热传导能力。对于铜铝等金属导热材料而言，比热和热传导系数是两个重要的参数。新型高效换热管的铜铝结构具有比较高的传热能力，首先是内层铜在短时间内能尽可能多的吸收制冷剂释放的热量，即强大的瞬间吸热能力，只有具备高热传导系数的金属才能胜任。其次是散热器本体应当具备足够的储热能力，

4、即较大的热容量，通常承担这个任务的是铝鳍片。比热的定义为：单位质量下需要输入多少能量才能使温度上升一摄氏度，单位为卡/（千克×°C），数值越大代表物体的容热能力越大。以下是几种常见物质的比热表：比热表（单位：卡/（千克×℃））水1000铝2173003铝合金207铁113铜93银56热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表：热传导系数表（单位：W/M

5、K）银429铜401金317铝237铁80铅34.81070铝合金2261050铝合金2093003铝合金1936061铝合金1556063铝合金201从比热表中我们看到，水的比热远高于金属，有更强的容热能力，这也正是水冷有出色散热效果的原因。从热传导系数表中可以看出，铝的热传导系数为铜的0.59倍，完全采用铝管会降低管材的热传导能力，理想的做法是用少量的铜将热量从制冷剂处迅速传导到外面的铝上，让比热比铜高2.33倍的铝把热量带走。上面列举了几种常用铝合金的导热性能，铝优良的导热能力在铝合金身上基本上得到保留。散

6、热的实质就是热量传递，而热的传递方式有三种：传导、对流和辐射。传导是由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量的方式，空调制冷剂和散热翅片之间的热量传递主要是采用这种方式，这也是最普遍的一种热传递方式。对流是指气体或液体中较热部分和较冷部分通过循环将温度均匀化，空调冷凝器中的风扇带动气体的流动也属于"强制热对流"散热方式。辐射顾名思义就是将热能从热源直接向外界发散出去，该过程与热源表面颜色、材质及温度有关，辐射的速度较慢，因此在散热器散热中所起到的作用十分有限（辐射可以在真空中进行）。这三种散热方式都

7、不是孤立的，在日常的热量传递中，这三种散热方式都是同时发生，共同发挥作用的。空调风冷散热器一般由散热片和风扇构成，这种散热方式的原理很简单：制冷剂中的热量通过热传导由管材传递到散热片，风扇高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走，只有极少部分的热量通过辐射方式直接散发。空调在运行时，其冷凝器中的制冷剂中积聚着大量的热量，如果不能将热量散发出去，将会严重影响制冷（制热）效果。散热片所要做的就是要将聚集在管材中的热量传导到更大的热导体上并通过巨大的散热面积与空气进行热交换。在这个过程中，新型高效

8、换热管的铜层是与制冷剂接触并聚集热量的地方，而铝层与鳍片则是热量传导的终点（管材的铝层可以视为鳍片的一部分），最终将热量散失到空气中。人们习惯用热阻抗值来对散热器的性能进行标识：热阻抗值RCJTc（传热管温度）－Tj（环境温度）＝P×RJC等式左边为一定值，对于一款散热器显然是热阻抗值越小，就可以使P值更大，也就是可以承载更大散热功率，也就说明性能越好。对于散热器，我们可