華南理工大學強化傳熱與過程節能教育部重點實驗室將交變曲面波紋扭曲管應用于蒸發式冷卻或冷凝器。交變曲面波紋扭曲管由橢圓形管扭曲成螺旋狀，呈 交變曲面螺紋紋波線形。現有的盤管換熱器，多半是單面潤濕換熱器，如水在圓管或橢圓管表 面自上而下的流動，因此表面被全部潤濕的可能性不大。如果采用具有交變曲面的波紋扭曲 管，水流便會沿曲面交變多方向流動，在空氣流場的作用下容易形成較全面的潤濕。且當噴淋水流過盤管表面時，通過二次流和離心力的作用使流體層變薄，同時產生擾動增大了流體 的湍動程度。流體層變薄和湍動程度的增大不但可提高管外的傳熱膜系數，且扭曲管內的傳熱膜系數也可同時獲得增大。

管子表面性質，即物理化學性質對形成穩定均勻的薄水膜層，防止干斑的出現也有一定影響。為此，可采用專利技術對盤管表面進行了表面親水改性，以降低盤管表面和水膜 間的固液表面自由能差，也就是減小其表面張力。表面張力是作用于單位長度上的力，它產 生的原因是界面相內質點受力不均勻造成的，有使表面縮小的趨勢，即表面張力是一種收縮力。如果能減小表面張力則便可獲得較好的水膜分布，進而改進傳熱性能。

1．扭曲管的水膜流動狀態

光管和扭曲管管間水膜流動的形態見圖2 - 31和圖2-32。

從圖可見，水流在光滑圓管間的分布較為零亂，顯得無法控制，多為分散的滴狀 流，且水滴大小不均。但從圖2 -32可看出，水膜在扭曲管管間的分布變得均勻且可控制， 水滴存扭曲管的凹凸曲面和逆流而行的空氣流的共同作用下，不斷在管表面滾動更新，產生 良好的薄層蒸發和強化傳熱效果。相比之下，水膜在扭距大的扭曲管上受到更佳的表面切割 和摩擦作用，進而流過管表面后，在管間形成更多更小的水柱流或水膜流，進而增大了空氣 流與水流的接觸面積和時間，使過程的傳熱和傳質得到強化。

管子表面的水膜在表面張力、重力、剪切力、慣性力和粘滯力等作用力下，會在管子底 部形成不同的積聚形態，圖2 -33和圖2-34分別給出了光滑圓管和扭曲管管底部的水膜分 布形態。

從圖2 -33可知，在光滑圓管底部有較大的水滴，由于受到表面張力、重力和剪切力等 力的作用，網管底部的水滴將會不停的滑動，直到水滴達到力不平衡點后才會脫落于管表面，且該滯留層的厚度較厚，嚴重地影響了管內外的傳熱傳質。圖2 -34所示扭曲管底部滯 留的為水柱流，在管外空氣流和管內制冷工質共同的熱質交換作用下，該水柱會因受力不均 而立刻發生脫落，實現了管底水柱流的快速更新。這樣便降低了管底水膜熱阻，實現了管子表面水膜的均勻分布，有利于蒸發式冷凝器的管內外熱質交換。由此可以看出，改變管型能 實現管表面和管間更好的水膜分布和流動形式，進而增大熱質交換面積，促進管表面水膜的 蒸發，迅速帶走管內制冷工質的冷凝熱，達到了強化蒸發冷凝傳熱的目的。

2．親水涂層改性管

圖2 -35和圖2-36分別為采用普通光滑銅管和表面親水處理后的管子水膜分布。

從圖2 -35可看出，未經改性處理管表面的水膜分布很其不均，在表面張力的作用下， 發生了不同程度的收縮，有些區域水膜較厚，有些區域水膜成柱狀流流下，甚至有些區域基本上沒有水膜而出現了“干斑”現象，這對蒸發式冷凝器換熱盤管的熱質交換是非常不利的。圖2 -36表明，經過表面改性處理后的銅管，其表面水膜的分布變得均勻且分布面積加大，進而使水膜變薄，呈片狀流流下，這對蒸發式冷凝器換熱盤管表面的薄膜蒸發換熱是很為有利的。原因是銅管表面和水膜間的表面張力下降，水膜自身的收縮力減弱，水膜在管壁面上鋪展能力增加，更易成膜。銅管表面改性分子在管壁與水膜界面上的定向致密排列和熱運動，產生表面張力，其方向剛好與促使表面向里收縮的表面張力相抗衡，因而使水膜表面張力顯著下降，從而使水膜在管壁表面的厚度變薄。可見，通過對銅管表面的改性可以改變水膜在管表面的分布形式。