双铜管铜铝复合柱翼型散热器的理论分析和试验验证

目前，首先对一种结构的双铜管铜铝复合柱翼型散热器建立了理论方程，然后通过实验验证了理论分析的可靠性。通过对不同管径不同外形尺寸散热器的理论计算，以金属热强度为优化指标，得出了该结构中散热性能最好的结构尺寸。
铜铝复合柱翼型散热器是我国自主研发的一种能够适应我国水质的散热器。它以铜管作为容水部件，因铜材具有抗腐蚀，承压能力大的特点，解决了钢制、铝制散热器易受水质腐蚀的问题。并且以铝翼管作为散热部件，发挥了铝易成形，质量轻，散热性能好的优点，满足了散热设备“安全可靠、轻薄美新”的要求。
随着铜材价格的上涨以及单铜管铜铝复合柱翼型散热器在使用中容易扭坏的特点。本文提出了双铜管铜铝复合柱翼型散热器。经比较，此种结构的散热器的性价比相对单铜管铜铝复合柱翼型散热器的高。本文以金属热强度为优化指标，对双铜管铜铝复合柱翼型散热器进行了结构优化。最后得出不同管径的最优外形结构尺寸。
双铜管铜铝复合柱翼型散热器的理论分析和试验验证
铝翼片散热量的理论计算
铝翼片的散热机理可简化为翅片的散热。可看作是具有负内热源的一维稳态导热。根据傅里叶定律和能量守恒定律建立数学模型。可得单个翼片的计算公式[2]如下：
两外表面的辐射散热
由于双铜管铜铝复合柱翼型散热器的单柱散热器外表辐射面积与采暖房间面积的比值非常小，所以可以把散热器与周围空间的辐射散热看做空腔与内包壁之间的辐射换热。可利用下列公式[1]直接计算，
空腔内因空气流动引起的散热量
散热器铝翼管的内腔在水平面上形成封闭形状，可以形成“烟囱效应”。所谓“烟囱效应”是指由于外界冷空气和空腔内热空气的密度差而使闭式空腔内产生抽吸力作用，所产生的抽吸力是铝翼管内的闭式空腔与室内空气进行对流换热的主要动力。闭式空腔内部周围被加热的空气在抽吸力的作用下将热量传到室内，从而完成室内供热的目的。按《带闭式空腔的铜铝复合柱翼型散热器理论研究及优化》中对空腔内散热量的计算方法计算[3]。
结论
散热器的散热量不仅与铜管直径有关，还与铝翼片的高度，间距有关。铝翼片的散热量随翼片高度的增加，起先铝翼片的散热量迅速增大，但增量逐渐地越来越小，最后趋近一渐近值。这反映了翼片高度增加到一定程度后，如果在继续增加翼片高度，散热量增加很少，却会导致翼片效率的降低。这是金属热强度随散热器外形尺寸的增大先是增大后减小的原因。本文通过计算分析得出最优外形结构尺寸为75×90。从经济角度，本文将最优双铜管铜铝复合柱翼型散热器与最优单铜管铜铝复合柱翼型散热器进行比较，得出双铜管铜铝复合柱翼型散热器每瓦散热器的成本比单铜管铜铝复合柱翼型散热器的下降22.1%。证明了双铜管铜铝复合柱翼型散热器具有经济优势。此结果可以指导散热器的生产。
本文还对不同供回水温度下的散热量做了实验测试，得出双铜管铜铝复合柱翼型散热器在低温供暖时，其散热性能相对标准供回水时变化较小。由此得出此种散热器在低温供暖中也占有优势，值得参考。

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