管翅式換熱器廣泛應用于空調行業中，主要由銅管 (換熱管) 和翅片組成，其中銅管與翅片的緊固 通過機械脹管方式完成。其過程是: 在液壓力作用下推動脹頭在銅管內前進，擠壓銅管使其內徑擴大，隨之與翅片貼合，但實際上管翅之間的接觸并不是完全接觸，存在微小間隙。

　　為了分析管翅間接觸情況對換熱的影響，分別從理論和仿真兩方面進行換熱過程研究，并選擇合適的 參數表征接觸狀態。

　　1、間隙傳熱理論模型

　　由于接觸界面的間隙厚度和表面粗糙度為同一數量級，而且與間隙中氣體分子的平均自由程 λ 在數

量級上接近，此時間隙氣體導熱屬于微尺度傳熱領

域。克努森數 ( Kn ) 是間隙氣體分子平均自由程 λ

與平均間隙厚度 δ 之比，可以根據克努森數這一量綱

為一的數選擇合適傳熱模型：

　　當0. 1＜Kn＜10，氣隙傳熱處于過渡區，分子間的相互作用和氣體分子與接觸界面的能量交換都很重要，氣隙接觸傳熱系數可采用式 ( 6) 進行計算。

　　綜上可以看出，氣隙傳熱主要受氣體熱傳導系數 kg 和平均氣隙厚度 δ 影響，一般管翅式換熱器脹管過程在空氣環境中進行，氣體熱傳導系數固定為空氣熱傳導系數，下面對管翅接觸參數進行分析。

　　2、模型建立

　　由于翅片翻邊的存在，銅管與翅片翻邊的空隙比銅管與翅片直線段間隙更大，不可忽略其傳熱影響， 由于文中討論銅管與翅片直線段的接觸狀態對換熱器傳熱的影響，在模型建立上保留翅片翻邊，但不做深入探討。選擇兩排叉排換熱器模型簡化成圖 2 所示。

　　具體參數見表 1，主要觀察中間翅片及周圍流場以分 析接觸情況對管翅傳熱影響。

　　利用 Gambit 將簡化模型劃分網格，如圖3所示。

　　為了防止駐點和回流，適當延長入口區域和出口區域。選擇標準 κ－ε 湍流模型，設置速度入口為 3m/s，溫度為 298. 15 K，口邊界為壓力出口，兩側設置為對稱邊界，銅管內壁溫度為 308. 15 K。由于翅片表面的溫度是非均勻的， 需要通過耦合換熱求解。

　　3、仿真結果與討論

　　以間隙厚度參數表示對氣隙傳熱影響，接觸長度 占比參數表示對固體接觸影響，圖 4 分別展示了在不同間隙厚度中間翅片上表面 ( Y 坐標 1. 76 mm) 溫度場，間隙厚度為 0 表示銅管和翅片完全接觸。可以看出: 隨著間隙厚度增加，翅片上表面溫度分布顯著下降，這意味著銅管處熱量并沒有很好地傳遞到翅片

　　圖 5 是同一間隙厚度下中間翅片中心截面、下表面的溫度場，其中 Y 坐標 1. 705 mm 表示中間翅片中 心截面，Y 坐標 1. 65 mm 表示中間翅片下表面。由圖 5 可知: 與中間翅片中心截面的分布溫度相比，中間 翅片下表面的溫度相對更小，說明在空氣對流的作用下，翅片表面的熱量被空氣帶走，其溫度更低。

　　圖6是間隙厚度為 0. 013 mm 時所截取的中間翅片上方空氣流道中心截面 ( Y 坐標 2. 53 mm) 速度場和壓力場。空氣流速隨著其前進不斷增加，在翅片外壁的影響下，空氣繞體流動，此處流速*高，而在背風側流速下降，甚至為 0。氣壓則是隨著空氣前進流動逐漸下降，在迎風側壓力下降更快。

　　圖 7 是間隙厚度 0. 036 mm時截取 Z 坐標 10 mm 界面的溫度分布圖。可看到: 銅管的熱量除了從管翅接觸傳遞，也從翅片翻邊與另一翅片、銅管所圍成的空氣傳遞，其范圍明顯大于管翅間隙。

　　圖8是在間隙厚度為 0. 013 mm，管翅接觸長度占名義接觸長度之比分別為 0%、10%、70%的中間翅片上表面溫度場，可以得到銅管和翅片在有接觸情況下其溫度場大小分布隨接觸長度占比的增加而升高，而管翅完全沒有接觸時，翅片上分布溫度明顯低于其他兩種情況，這表明此時管翅幾乎通過間隙氣體進行熱傳導，而空氣熱傳導系數是遠小于金屬熱傳導系數，使得熱量沒有很好地傳遞到翅片，從而使得翅片上溫度更小，沒有起到很好的散熱作用。

　　4、結論

　　通過理論和模擬發現管翅接觸狀態對銅管、翅片之間的傳熱有明顯影響，本文主要以接觸長度占比和間隙厚度表征管翅接觸狀態，以分析其對換熱器傳熱的影響，并得到以下結果:

　　( 1)管翅接觸長度占比增加，熱量可以更好地從銅管處傳遞到翅片，隨著固體接觸部分的增加，傳遞到翅片上的熱量越多，提高了換熱器散熱效果。

　　( 2)間隙厚度一方面決定了克努森數的范圍， 從而決定氣隙傳熱系數的計算; 另一方面，從仿真結果得知，隨著間隙厚度的增加，銅管和翅片的貼合度下降，翅片分布的溫度是減小的，接觸傳熱系數越小，越不利于換熱器的散熱。

　　( 3)翅片翻邊的存在使得熱量除了從管翅接觸 途徑傳遞，也從翅片翻邊與翅片、銅管圍起的空氣傳遞，這使得不可忽略翅片翻邊對傳熱的影響，同時在研究脹管過程時需要關注翅片翻邊對后續管翅成形結果的影響。推薦閱讀：【研究】房間空調器小管徑翅片管換熱器的分相參數模型研究：開縫翅片管換熱器表面積塵與壓降特性技術：翅片換熱器熱泵如何除霜？研究：翅片管束大空間如何自然對流？管排數對翅片管換熱器積灰及壓降的影響！【HETA】原來空調蒸發器結霜竟然是這樣的！技術：小管徑換熱器對空調可靠性的影響【干貨】4種常用內螺紋管齒形及傳熱性能【制造】制冷銅管該如何焊接？【工藝】空調銅管的選材、工藝、生產制造【HETA】高效空調換熱器內螺紋銅管的齒形參數分析研究【HETA】高效內螺紋銅管現狀及發展趨勢【收藏】換熱器作用與特點全解！【研究】制冷劑流動作用下的空調配管動力學分析【研究】毛細管內R410A兩相流動阻力特性【實操】制冷空調銅管焊接的8大要點 版權聲明：本文作者梁衛平，李風雷，劉亞俊，方奕格等，版權歸屬原作者，由制冷空調換熱器技術聯盟編輯整理，轉載請注明來源。點贊鼓勵進步 | 轉發傳遞友誼本微信公眾號是制冷空調換熱器技術聯盟的官方微信，致力于成為業界專業信息傳播平臺。歡迎參加分享，投稿/留言信箱：，請附上媒體+姓名，實名或匿名發表。