内 螺 纹 铝 管 综 合 性 能 及 应 用 前 景 分 析蔡 运 亮（ 金 龙 精 密 铜 管 集 团 股 份 有 限 公 司 ）摘 要 对 具 有 相 同 外 径 的 铜 光 管 、 内 螺 纹 铝 管 及 内 螺 纹 铜 管 进 行 换 热 实 验 ， 并 测 试 其 机 械 性 能 和 使 用 安 全 性 结 果 表 明 ， 内 螺 纹 铝 管 的 换 热 性 能 相 对 于 铜 光 管 有 很 大 的 提 升 ， 略 低 于 内 螺 纹 铜 管 ， 其 机 械 性 能 不 如 铜 管 ， 爆 破 压 力 也 低 于 铜 管 ， 但 是 这 些 性 能 可 以 通 过 改 变 内 螺 纹 铝 管 的 结 构 得 到 提 升 关 键 词 内 螺 纹 管 ； 蒸 发 ； 冷 凝 ； 换 热 系 数 ； 机 械 性 能Ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ｕ ｍ ｔ ｕ ｂ ｅＣ ａ ｉ Ｙ ｕ ｎ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ（ Ｇ ｏ ｌ ｄ ｅ ｎ Ｄ ｒ ａ ｇ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ Ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ Ｔ ｕ ｂ ｅ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｉ ｎ ｃ ． ）Ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙＡ Ｂ Ｓ Ｔ Ｒ Ａ Ｃ Ｔｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ， ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ｕ ｍ ｔ ｕ ｂ ｅ ａ ｎ ｄｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ｕ ｍｔ ｕ ｂ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕ － ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｔ ｏ ｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｂ ｕ ｔ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｆ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｔ ｏ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ． Ｉ ｔ ｓ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ． Ｈ ｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｉ ｍ － ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｋ Ｅ Ｙ Ｗ Ｏ Ｒ Ｄ Ｓ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ － ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｕ ｂ ｅ ； ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ； ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ目 前 ， 内 螺 纹 铜 管 已 经 成 为 空 调 换 热 设 备 不可 或 缺 的 重 要 原 材 料 。
但 近 几 年 ， 由 于 国 际 铜 价 的 走 高 和 不 稳 定 ， 各 研 发 机 构 和 厂 家 越 来 越 迫 切 寻 找 一 种 更 经 济 的 铜 管 替 代 品 ， 随 着 研 究 的 不 断 深 入 和 市 场 需 求 的 扩 大 ， 铝 代 铜 产 品 得 到 了 快 速 发 展 国 际 调 查 机 构 Ｋ Ｆ Ｂ 的 调 查 报 告 显 示 ： ２ ０ １ １ 年 全 球 空 调 铝 连 接 管 已 超 过 ３ ０ ％ ， 铜 铝 复 合 连 接 管 超 过 ５ ０ ％ 全 铝 制 散 热 器 在 汽 车 空 调 行 业 已 全 面 普 及 ， 在 高 档 汽 车 方 面 ， 全 铝 制 散 热 器 在 欧 洲 占 ９ ０ ％ ， 美 国 ７ ５ ％ ， 日 本 ４ ０ ％ ， 中 国 ９ ５ ％ 以 上 家 用 空 调 器 采 用 全 铝 制 散 热 器 的 有 ： 韩 国 Ｌ Ｇ ， 三 花 集 团 等 ， 主 要 出 口 欧 美 韩 ； 国 内 各 大 空 调 企 业 开 始 尝 试 批 量 使 用 铝 管 国 内 电 冰 箱 业 在 冷 凝 器 、 蒸 发 器 中 的 铝 代 铜 率 达 ８ ５ ％ ； 多 家 企 业 电 冰 箱 蒸 发 器 全 部 采 用 铝 管 ； 部 分 企 业 电 冰 箱 回 气 管 全 部 采 用铝 管 。
对 于 制 冷 空 调 用 换 热 管 ， 人 们 最 关 心 的 主 要 是 其 传 热 性 能 、 机 械 加 工 性 能 和 使 用 安 全 性 等 笔 者 将 通 过 铝 管 与 铜 管 的 对 比 对 这 几 个 方 面 进 行 论 述 实 验 研 究 所 用 样 管 规 格样 品 中 铜 管 材 料 为 磷 脱 氧 铜 ， 合 金 牌 号 Ｔ Ｐ ２ 铝 管 所 用 材 料 牌 号 为 ３ ０ ０ ３ 内 螺 纹 管 管 型 示 意 图 如 图 １ 所 示 表 １ 所 示 为 ３ 种 样 管 的 齿 型 参 数 １铜 、 铝 管 单 管 传 热 性 能 实 验内 螺 纹 单 管 传 热 实 验 模 拟 空 调 工 况 ， 针 对 具 有 相 同 外 径 的 ３ 种 样 管 ， 分 别 进 行 相 同 实 验 工 况 下 的 传 热 实 验 各 管 型 的 传 热 数 据 测 试 完 成 后 ， 经 过 简 单 的 修 正 处 理 绘 制 性 能 曲 线 图 ２收 稿 日 期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ － １ ８作 者 简 介 ： 蔡 运 亮 ， 本 科 ， 工 程 师 ， 主 要 研 究 方 向 为 强 化 换 热 。
· １ ２ · 第 １ ４ 卷（ １ ）Ｑ ｒ ＝ ｍ ｒ ｜ ｈ ｏ － ｈ ｉ ｜表 ２ 工 况 条 件水 侧 换 热 量 为Ｑ ｗ ＝ ｍ ｗ ｃ ｗ ｜ ｔ ｗ ｏ － ｔ ｗ ｉ ｜总 换 热 系 数 为图 １ 内 螺 纹 铜 管 齿 型 示 意 图 （ ２ ）表 １ 内 螺 纹 管 齿 形 参 数 铜 光 管 内 螺 纹 铝 管 内 螺 纹 铜 管（ ｍ ｃ ） ｍ ｉ ｎ编 号外 径 Ｄ ／ ｍ ｍ 底 壁 厚 Ｔ ｗ ／ ｍ ｍ 齿 高 Ｈ ｆ ／ ｍ ｍ 齿 顶 角 α／ （ °）螺 纹 角 度 β／ （ °） 齿 条 数 ｎ比 内 表 面 积 ／ （ ｍ ｍ ２ ／ ｃ ｍ ） 总 壁 厚 ｄ ／ ｍ ｍＡ７０ ． ３————２ ０ １ ． ０ ６０ ． ３Ｂ７０ ． ４ ７０ ． １ ５６ ０１ ８５ ５２ ９ １ ． ６ ３０ ． ６ ２Ｃ７０ ． ２ ５０ ． １ ８４ ０１ ８５ ０３ ３ ４ ． ０ ８０ ． ４ ３ｌ ｎ （ １ － ε） （ ３ ）Ｋ ＝ － Ａ水 侧 换 热 系 数 为ｈ ｗ ＝ ０ ． ０ ２ ３ λ （ ）ｅ ０ ． ８ ｎＲ Ｐ ｒ ４ｄ管 内 换 热 系 数 为１ （ ５ ）ｈ ＝１ ｄ ｉ ｄ ｏ １ ｄ ｉ槽 底 宽 ｗ ／ ｍ ｍ ０ ０ ． １ ４ ０ ． １ ９ Ｋ － ｌ ｎ －２ λ ｄ ｉ ｈ ｗ ｄ ｏ传 热 试 验 装 置 和 实 验 方 法单 管 传 热 试 验 装 置 系 统 如 图 ２ 所 示 ， 试 验 装 置 主 要 由 压 缩 机 、 油 分 离 器 、 储 液 罐 、 质 量 流 量 计 、 电 磁 膨 胀 阀 、 冷 凝 实 验 段 及 蒸 发 实 验 段 组 成 。
试 验 装 置 采 用 热 敏 电 阻 （ Ｂ 级 精 度 ） 、 压 力 传 感 器 （ 精 度 ０ ． ２ 级 ） 和 采 集 系 统 制 冷 工 质 为 Ｒ ２ ２ ， 实 验 管 长 ３ ｍ ， 铝 的 导 热 系 数 为 ２ ３ ７ Ｗ ／ （ ｍ ·Ｋ ） ， 铜 的 导 热 系 数 为 ３ ９ ８ Ｗ ／ （ ｍ ·Ｋ ） 实 验 段 为 套 管 式 换 热 器 ， 其 内 管 为 所 测 实 验 样 管 管 内 为 制 冷 剂 ， 管 外 与 水 换 热 ， 二 者 逆 向 流 动 实 验 时 通 过 调 整 水 温 、 水 流 量 、 压 缩 机 频 率 和 制 冷 剂 流 量 ， 使 实 验 样 管 进 出 口 条 件 达 到 实 验 工 况 要 求 （ 见 表 ２ ） ， 并 保 持 稳 定 根 据 所 测 得 的 水 侧 与 制 冷 剂 侧 的 进 出 口 参 数 ， 通 过 计 算 获 得 管 内 表 面 传 热 系 数 和 压 力 损 失 制 冷 剂 侧 换 热 量 为式 中 ： ｍ 为 质 量 流 量 ； ｈ 为 焓 值 ； ｃ 为 定 压 比 热 容 ；ｔ 为 温 度 ； ε为 效 能 ； Ａ 为 供 试 管 外 表 面 积 ； Ｒ ｅ 为 雷 诺 数 ； λ 为 材 料 导 热 系 数 ； Ｐ ｒ 为 普 朗 特 数 ； ｄ 为 供 试 管 直 径 。
下 标 ： ｏ 表 示 出 口 ； ｉ 表 示 入 口 ； ｒ 表 示 工 质 ； ｗ 表 示 水 上 标 ： 冷 凝 时 ｎ ＝ ０ ． ４ ； 蒸 发 时 ｎ ＝ ０ ． ３ ２ ． １实 验 结 果 与 分 析２ ． ２蒸 发 实 验 数 据 及 分 析２ ． ２ ． １图 ３ 所 示 为 不 同 管 型 内 螺 纹 管 在 制 冷 剂 质 量 流速 为 １ ５ ０ ～ ５ ０ ０ ｋ ｇ ／ （ ｍ ２ ·ｓ ） 时 的 蒸 发 传 热 性 能 对 比 情 况 可 以 看 出 ， 无 论 是 内 螺 纹 铝 管 Ｂ 还 是 内 螺 纹 铜 管 Ｃ ， 其 换 热 系 数 都 比 铜 光 管 Ａ 高 出 ２ 倍 左 右 其 次 ， Ｃ 管 比 Ｂ 管 内 表 面 换 热 系 数 高 １ ０ ％ 左 右 图 ３ 蒸 发 换 热 系 数 随 制 冷 剂 流 量 的 变 化 铝 的 导 热 系 数 只 是 铜 的 ６ ０ ％ 左 右 ， 但 是 Ｂ 管的 内 表 面 换 热 系 数 比 Ａ 管 高 出 将 近 ２ 倍 分 析 认图 ２ 单 管 传 热 试 验 装 置 原 理 图 蒸 发 冷 凝饱 和 压 力 ／ Ｍ Ｐ ａ ０ ． ６ 饱 和 温 度 ／ ℃ ４ ５入 口 干 度 ０ ． １ ６ ～ ０ ． １ ８ 入 口 过 热。