[實用新型]雙螺旋彈簧傳熱強化管

無效

• 申請號: 00200233.7
• 申請日: 2000-01-07
• 公開（公告）號: CN2410613Y
• 公開（公告）日: 2000-12-13
• 發明（設計）人: 夏再忠;胡桅林;過增元
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F28F1/00
• 分類號: F28F1/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 羅文群

本實用新型涉及一種雙螺旋彈簧傳熱強化管，屬于傳熱強化技術和換熱器領域

大量的傳熱裝置和高效換熱器被用于動力、石油、化工、冶金、航空航天等領域。其中傳熱強化裝置的效率對降低能耗和設備投資起著重要作用，因此是工程界極為重視的研究領域，并已有幾十甚至上百種的傳熱強化裝置的發明。但是這些強化裝置的普遍特點是：破壞了原有速度場特性，因而傳熱強化的同時流動阻力和功耗顯著增加；另外，強化裝置的復雜加工方法和昂貴加工費用制約著其在工程中的廣泛應用。

在1988年烴加工出版社出版的“換熱器”中冊，第34-38頁記載的內翅片強化管(圖1a)，其特點是：管子內壁加工有翅片，翅片與管子是一整體或兩分體，兩種材料可以相同也可不同。內翅管的強化機理是：增加傳熱面積。但由于內翅片的尺寸較大，流體速度場遭破壞嚴重，運行時阻力大。另外，復雜的內翅片形狀大幅度增加了加工難度和費用。

繞花絲強化元件(專利號：93217669.0)是用幾根金屬絲作軸線，而把另外幾根金屬絲按一定規則繞制成圓柱型絲狀結構(圖1b)。其強化機理是：使管內流體在低速下產生徑向位移和螺旋流相疊加的三維復雜流動，以起到增強換熱作用。但正是由于繞花絲產生的三維復雜流動，改變了原有流場特性，傳熱強化的同時阻力增加非常明顯。

須毛狀強化元件(專利號：98202045.7)是將金屬細絲固定在處于管軸心的支架上(圖1c)，通過強化通道中心區域流體與管壁之間的換熱達到增強流體與通道壁換熱的目的。但管中心較大速度流體的繞流金屬絲和支架會帶來阻力的增加，而且其加工和布置困難，制約著大批量生產。

內翅彈簧絲強化管是在內翅片管內插入較小直徑的金屬彈簧絲，彈簧絲與管壁緊密接觸(圖1d)。彈簧絲起到肋的部分作用，同時加大近壁區流體的徑向繞流。這種依靠繞流的強化方法必然會導致阻力大幅度提高，而且導致了更大的加工難度和費用。

本實用新型的目的是設計一種雙螺旋彈簧傳熱強化管，根據最新的對流換熱機理，改進已有傳熱強化元件的結構，使傳熱強化元件傳熱效率高，又易于制造。

本實用新型設計一種雙螺旋彈簧傳熱強化管，由金屬管和雙螺旋彈簧組成，雙螺旋彈簧插入金屬管內，雙螺旋彈簧是由金屬絲纏繞成小彈簧，再由小彈簧沿著彈簧螺旋線再次纏繞成小彈簧而制成，其尺寸關系滿足：

??d＝0.02～0.06D

??D_s＝0.1～0.4D??L_s＝2～10d

??D_d＝D-D_s??????L_d＝1.5～4D_s上式中，D為強化管的直徑，d纏繞小彈簧所用金屬絲的直徑，D_s為纏成的小彈簧直徑，L_s為小彈簧螺距，D_d為大彈簧直徑，L_d為大彈簧螺距。

本實用新型設計的雙螺旋彈簧傳熱強化管，具有以下特點：

1、采用的是微細直徑的高導熱金屬絲。

2、金屬絲的填充率較低，流動阻力增加的幅度較小。

3、強化的機理是提高傳熱空間的導熱性能，對原有流場特性改變小。換熱系數可

???以提高幾倍乃至十幾倍，相應地功耗的增加要小得多(具體值取決于流體介質

???的種類和速度等參數)。

4、適用于廣泛的Re范圍(層流和湍流)。

5、適用于管內和管外強化。

6、適用于非園截面管的傳熱強化。

7、可以實現較大直徑范圍(10毫米至200毫米)內傳熱管的強化。

8、雙螺旋彈簧的加工方法簡單可行，不需要昂貴的專用設備。

附圖說明：

圖1是已有技術中強化元件的結構示意圖，圖1中，a為內翅片，b為繞花絲，c為須毛狀，d為彈簧絲。

圖2為管內傳熱強化對流換熱機理示意圖。

圖3是小彈簧結構示意圖。

圖4是雙螺旋彈簧結構示意圖。

圖5是本實用新型設計的強化管結構示意圖。

下面結合附圖，詳細介紹本實用新型的內容。

圖5中，1是大彈簧，2是強化管。

本實用新型設計的雙螺旋彈簧傳熱強化管，其制作過程如下：

1、采用高導熱性能的金屬絲(銅絲、鐵絲和不銹鋼絲等)，直徑d滿足：

???d＝0.02～0.06D，其中D為強化管的直徑。