熱交換器設(shè)計中的材料選擇：鋁與銅

熱交換器鋁銅

從熱回收到空氣盤管，再到制冷再到發(fā)電廠，選擇合適的熱交換器材料是關(guān)鍵-特別是考慮到熱質(zhì)量，釬焊時的抗流掛性和耐腐蝕性。

您是否知道自然界中最佳的熱交換實(shí)例就像鼻子上的鼻子一樣明顯？嗯，從技術(shù)上講，這是鼻子上的變暖吸入空氣和冷卻呼出空氣。但是換熱器的設(shè)計不僅僅取決于對生物學(xué)的直覺理解。

它需要仔細(xì)考慮操作環(huán)境，應(yīng)用以及至關(guān)重要的是所用材料的性能。

幸運(yùn)的是，一旦您評估了環(huán)境和應(yīng)用，選擇材料就變得更加容易。如果熱交換器將在室外運(yùn)行，或在具有腐蝕性介質(zhì)的加工廠中運(yùn)行，則必須具有較高的耐腐蝕性。

殼管式熱交換器如何工作？

同樣，設(shè)計工程師必須考慮將通過交換器攜帶的流體，并相應(yīng)地指定材料。

例如，對于至關(guān)重要的是，在藥物加工應(yīng)用中，物質(zhì)在通過標(biāo)準(zhǔn)殼管式熱交換器時必須保持純凈。在這種環(huán)境下，管子必須由惰性材料制成，甚至可能是非金屬的非常規(guī)材料，例如玻璃。

通常，用于熱交換器的兩種最常用的材料是鋁和銅。兩種金屬均具有最佳的熱性能和耐腐蝕性，使其成為理想的選擇，其中大多數(shù)差異是針對特定應(yīng)用的。

熱交換器用銅

普通純銅在20攝氏度下的典型熱導(dǎo)率為386.00 W /（m·K）。這使得銅成為導(dǎo)熱性最高的普通金屬，再加上相對較低的比熱（約0.385 J /（g·°C），鞏固了其在熱交換器中的普及性。

這些特性確實(shí)帶來了價格的略微上漲。大多數(shù)設(shè)計工程師和產(chǎn)品設(shè)計師認(rèn)為這是銅和銅之間最大的決定因素之一。鋁對于較小的項(xiàng)目。

但是，使用銅時需要考慮一些實(shí)際的考慮因素。例如，材料的密度可能意味著它不適用于需要輕型熱交換器的某些應(yīng)用。

熱交換器用銅管。

此外，銅的柔韌性比鋁低，因此很難形成某些形狀。因此，設(shè)計工程師從事板翅熱交換器是一種使用板和翅片室在流體之間傳遞熱量的熱交換器，可能會發(fā)現(xiàn) 鋁更適合鰭。

另外，重要的是銅管的焊接應(yīng)采用釬焊而不是釬焊，因?yàn)楸娝苤?，后者會在接頭處形成物質(zhì)堆積。這意味著設(shè)計工程師還應(yīng)提供具有良好抗流掛性的銅，以減少釬焊過程中的變形。

SWEP釬焊板式熱交換器（BPHE）是將熱量從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)的最有效方法之一。

銅還有一些長期的腐蝕考慮。隨著材料的老化，它會形成銅綠-隨時間推移而氧化形成的古銅色薄層，使材料呈綠色。

正是這種化學(xué)反應(yīng)使自由女神像變成了今天的標(biāo)志性綠色。該過程通常需要15年或更長時間，具體取決于材料的維護(hù)方式及其環(huán)境。

當(dāng)然，我們無法保證換熱器的外部顏色會像自由女神像的銅綠一樣受到人們的歡迎，因此產(chǎn)品設(shè)計師可能會選擇銅的替代品來體現(xiàn)不同的美感。在任何情況下，古銅色都是絕緣的，并可能導(dǎo)致其堆積時導(dǎo)熱系數(shù)降低。

盡管有這些因素，但是銅的導(dǎo)熱性可以通過其有效的熱傳遞來補(bǔ)償維護(hù)方面的考慮。在某些情況下，銅的較高的導(dǎo)熱系數(shù)意味著銅管可以像兩個鋁管一樣有效地傳導(dǎo)熱量。

熱交換器用鋁

對于需要較輕，熱效率高的材料或需要更緊湊的設(shè)計預(yù)算的設(shè)計工程師，鋁是主要候選人。

對于純鋁而言，其導(dǎo)熱系數(shù)為237 W /（m·K），對于大多數(shù)合金而言，其導(dǎo)熱系數(shù)約為?160 W /（m·K），因此，鋁是第三大導(dǎo)熱材料，并且可以說是最具成本效益的材料。鋁還提供0.44 J /（g·°C）的比熱，使其散發(fā)熱量的效率幾乎與銅一樣。

鋁還比銅輕得多，更柔軟，解決了工程師在使用銅時可能遇到的許多實(shí)際問題。它具有更大的延展性，因此設(shè)計用于燃?xì)鉅t的板翅式交換器的工程師會發(fā)現(xiàn)，它更適合復(fù)雜的翅片。

在食品工業(yè)廠房中的熱交換機(jī)和泵中的金屬板。在熱交換機(jī)器和泵浦的金屬板材在食品工業(yè)工廠。