雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證

目前，首先對一種結(jié)構(gòu)的雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器建立了理論方程，然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的可靠性。通過對不同管徑不同外形尺寸散熱器的理論計算，以金屬熱強(qiáng)度為優(yōu)化指標(biāo)，得出了該結(jié)構(gòu)中散熱性能最好的結(jié)構(gòu)尺寸。
銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器是我國自主研發(fā)的一種能夠適應(yīng)我國水質(zhì)的散熱器。它以銅管作為容水部件，因銅材具有抗腐蝕，承壓能力大的特點(diǎn)，解決了鋼制、鋁制散熱器易受水質(zhì)腐蝕的問題。并且以鋁翼管作為散熱部件，發(fā)揮了鋁易成形，質(zhì)量輕，散熱性能好的優(yōu)點(diǎn)，滿足了散熱設(shè)備“安全可靠、輕薄美新”的要求。
隨著銅材價格的上漲以及單銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器在使用中容易扭壞的特點(diǎn)。本文提出了雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器。經(jīng)比較，此種結(jié)構(gòu)的散熱器的性價比相對單銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的高。本文以金屬熱強(qiáng)度為優(yōu)化指標(biāo)，對雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。最后得出不同管徑的最優(yōu)外形結(jié)構(gòu)尺寸。
雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證
鋁翼片散熱量的理論計算
鋁翼片的散熱機(jī)理可簡化為翅片的散熱。可看作是具有負(fù)內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。根據(jù)傅里葉定律和能量守恒定律建立數(shù)學(xué)模型。可得單個翼片的計算公式[2]如下：
兩外表面的輻射散熱
由于雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的單柱散熱器外表輻射面積與采暖房間面積的比值非常小，所以可以把散熱器與周圍空間的輻射散熱看做空腔與內(nèi)包壁之間的輻射換熱。可利用下列公式[1]直接計算，
空腔內(nèi)因空氣流動引起的散熱量
散熱器鋁翼管的內(nèi)腔在水平面上形成封閉形狀，可以形成“煙囪效應(yīng)”。所謂“煙囪效應(yīng)”是指由于外界冷空氣和空腔內(nèi)熱空氣的密度差而使閉式空腔內(nèi)產(chǎn)生抽吸力作用，所產(chǎn)生的抽吸力是鋁翼管內(nèi)的閉式空腔與室內(nèi)空氣進(jìn)行對流換熱的主要動力。閉式空腔內(nèi)部周圍被加熱的空氣在抽吸力的作用下將熱量傳到室內(nèi)，從而完成室內(nèi)供熱的目的。按《帶閉式空腔的銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器理論研究及優(yōu)化》中對空腔內(nèi)散熱量的計算方法計算[3]。
結(jié)論
散熱器的散熱量不僅與銅管直徑有關(guān)，還與鋁翼片的高度，間距有關(guān)。鋁翼片的散熱量隨翼片高度的增加，起先鋁翼片的散熱量迅速增大，但增量逐漸地越來越小，最后趨近一漸近值。這反映了翼片高度增加到一定程度后，如果在繼續(xù)增加翼片高度，散熱量增加很少，卻會導(dǎo)致翼片效率的降低。這是金屬熱強(qiáng)度隨散熱器外形尺寸的增大先是增大后減小的原因。本文通過計算分析得出最優(yōu)外形結(jié)構(gòu)尺寸為75×90。從經(jīng)濟(jì)角度，本文將最優(yōu)雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器與最優(yōu)單銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器進(jìn)行比較，得出雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器每瓦散熱器的成本比單銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的下降22.1%。證明了雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。此結(jié)果可以指導(dǎo)散熱器的生產(chǎn)。
本文還對不同供回水溫度下的散熱量做了實(shí)驗(yàn)測試，得出雙銅管銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器在低溫供暖時，其散熱性能相對標(biāo)準(zhǔn)供回水時變化較小。由此得出此種散熱器在低溫供暖中也占有優(yōu)勢，值得參考。

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