换热量相对值的大小体现了不同材料换热器性能的差别。例如,普通聚丙烯(PP)材料的热导率约为0.2 W/(m·K)[10],如果用普通聚丙烯制作换热器,那么它的换热性能只有相同条件下铜换热器的 21.5%。普通塑料材料中,热导率最高不超过1 W/ (m·K),而即使到达1 W/(m·K),换热性能不到 铜换热器的45%,这也正是普通塑料材料无法取代 金属制作换热器的原因。通过改性,塑料材料的热 导率可以提高。如图5中虚线所示,当塑料热导率达到20 W/(m·K)时,其换热量与纯铜换热器换热量之比可以达到92%。
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不锈钢的热导率为37 W/(m·K)[9],以其换热 量为基准,得到换热量的相对值曲线如图6所示,曲线的部分数据点见表1中第四列数据。与上面的分析类似,普通聚丙烯制作换热器的换热性能只有不锈钢换热器的22.5%。而热导率为20 W/(m·K) 塑料换热器的换热量与不锈钢换热器换热量之比可以达到96.2%,差别很小。
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2.3 忽略塑料换热器污垢热阻的性能比较相比金属换热器,塑料换热器除了具有防腐蚀 的优势,它还有一个显著的优势———抗结垢。结垢与换热器件的表面能有关,塑料表面能低,不容易结 垢[6],在文献[8]中,认为塑料污垢热阻可以忽略不计。
考虑这个因素,通过计算换热量、比较换热量大小的评价方法中,在求解塑料换热器的换热量时,应忽略管内、外两项污垢热阻R2、R4,按式(4)计算。而计算金属换热器时,依然按式(2)计算。
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图7同时给出了塑料换热器忽略污垢热阻之后的换热量曲线和图4中考虑污垢热阻的换热量曲线,以便于对比。由于塑料材料的热导率很难达到 100 W/(m·K)[7]以上,图7中塑料换热器换热量曲线在热导率大于100 W/(m·K)之后用虚线 表示。
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在本节中,实际上是比较“没有污垢的塑料换热器”与“有污垢的金属换热器”的性能。与2.2中的 分析方法类似,分别以纯铜换热器和不锈钢换热器 的换热量作为比较的基准,得到换热量相对值的曲线,如图8、图9所示。可看到,当忽略塑料换热器的热阻时,热导率为20 W/(m·K)的塑料换热器的换热量已略大于有污垢热阻金属换热器的换热量。
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