[發(fā)明專利]交叉螺旋凹槽換熱管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610083855.0
• 申請日: 2006-06-06
• 公開（公告）號: CN101086433A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發(fā)明（設計）人: 景建周;景建坤;楊曉璦;湯俊潔;沈董浩
• 申請（專利權）人: 北京美聯(lián)橋科技發(fā)展有限公司;錦州美聯(lián)橋汽車部件有限公司
• 主分類號: F28F1/06
• 分類號: F28F1/06;F28F1/12
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發(fā)明涉及一種交叉螺旋凹槽換熱管，尤其適于應用到汽車發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻器或應用到渦輪增壓的中冷器中，具有截面形狀為高度與寬度不相等的扁狀的交叉螺旋凹槽換熱管。

背景技術

廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)是汽車發(fā)動機滿足日益嚴格的世界環(huán)保標準控制氮氧化合物(NOx)排放的關鍵高新技術之一，其必將成為國內(nèi)外汽車發(fā)動機滿足排放要求的必需裝備。

廢氣再循環(huán)冷卻技術是把汽車發(fā)動機所排放的的部分廢氣通過廢氣再循環(huán)冷卻器進行冷卻后，重新回傳到發(fā)動機的燃燒室中循環(huán)再利用，這樣既引入了不活性氣體到燃燒室，降低燃燒室內(nèi)氮氣和氧氣的含量，又可以降低燃燒室的溫度，由于氮氧化合物的生成是與燃燒峰值及氧氣含量密切相關的，采用廢氣再循環(huán)冷卻技術從而抑制氮氧化合物生成和排放。其中，換熱器是廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的關鍵元件，其換熱效率的高低決定了再循環(huán)廢氣的溫度高低，因此，在保證發(fā)動機性能不降低的前提下，提高換熱器的換熱效率是設計換熱器時首要考慮因素。而換熱管是組成換熱器的關鍵部件，換熱管換熱系數(shù)的高低很大程度影響著換熱器換熱效率的大小，因此需要不斷的改進換熱管的設計以提高其換熱系數(shù)。

目前，發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻器中大量采用的換熱管是一種表面帶有向內(nèi)凹進螺旋凹槽的橫截面為圓形的不銹鋼管。但是隨著環(huán)保法規(guī)對汽車尾氣中氮氧化合物的生成和排放量的限制成倍增加的現(xiàn)實，這種截面形狀為圓形的螺旋凹槽換熱管的換熱效果已不能滿足要求；為了達到排放標準以及在日益激烈的市場競爭中增強實力，需要對這種常用的截面形狀為圓形的螺旋凹槽換熱管進行改進。

發(fā)明的內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述表面帶有向內(nèi)凹進螺旋凹槽的橫截面為圓形的不銹鋼管應用到廢氣再循環(huán)冷卻器中已不能滿足的汽車尾氣的排放日益嚴格的環(huán)保標準要求的現(xiàn)狀所提出的；其目的是設計一種高效的交叉螺旋凹槽換熱管，截面形狀呈扁狀，尤其適于應用到汽車發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻器中或應用到渦輪增壓中冷器中，很大程度提高換熱器的換熱效率，從而提高汽車排放的性能指標、改善發(fā)動機的性能。

本發(fā)明涉及一種交叉螺旋凹槽換熱管，包括不銹鋼管體，所述管體上設有向內(nèi)凹進的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽為兩條或兩條以上交叉設置的螺旋凹槽，所述管體的截面形狀呈高度與寬度不等的扁狀，所述扁狀截面的長邊和短邊為直線，兩直線段通過圓弧倒角相連。

在上述技術方案中，所述螺旋凹槽為連續(xù)設置或斷續(xù)設置；所述螺旋凹槽的截面為U形、V形或圓弧形，利于小尺寸形面的生成；所述螺旋凹槽的螺旋升角為20-75度之間；凹槽的深度為大于等于0.4毫米。

在上述技術方案中，所述螺旋凹槽的交叉部位位于所述管體長邊的表面上；所述管體兩端設有光滑段。

交叉螺旋凹槽管的這種設置能使流體在管內(nèi)產(chǎn)生充分的紊流；同時，為了確保經(jīng)濟適用，簡化加工難度，故將截面所有銳角均設計為圓弧過渡，使所有表面均能進行充分良好地換熱，徹底消除了熱交換死角。本發(fā)明中的螺旋換熱管由于其獨特的設計可以根據(jù)殼體的形狀，以不同的排列方式分布在殼體中，提高管內(nèi)外流體的擾動，從而更有效的提高換熱器的換熱效果。

本發(fā)明中換熱管布置在廢氣再循環(huán)冷卻器中，當廢氣通過這種交叉螺旋凹槽換熱管，在管內(nèi)流動時，受螺旋槽紋的引導，靠近壁面沿軸向運動同時，螺旋形的凹進也使流體產(chǎn)生周期性的擾動。前種作用有利于減少流體邊界層厚度；后一種作用會引起邊界層中流體質(zhì)點的擾動，因而可以加快由壁面到流體主體的熱量傳遞。具體的說當廢氣遇到螺旋凹進部位的阻礙作用，流動方向發(fā)生變化，產(chǎn)生復雜的二次流渦旋流動，同時在螺旋凹進的后面也形成了渦旋，增大了廢氣的湍流度，尤其增大了對近壁區(qū)邊界層的擾動，破壞或減薄了流體的邊界層，從而增強了換熱；同時，流體擾動的增強使得臨界雷諾數(shù)降低，即從層流向湍流的轉變提早發(fā)生，管內(nèi)流體產(chǎn)生強烈湍流地旋轉運動，對換熱管壁有較強地沖刷作用，以及螺旋槽管本身具有熱補償能力，熱脹冷縮，管壁不易結垢，而且，即使結垢，清垢也比較方便。此外，這種交叉的凸肋增強了換熱管的機械強度。

總之，交叉螺旋槽管管壁上的螺旋槽在傳熱的過程中能明顯的提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)，起到雙邊強化的作用。螺旋槽管的強化傳熱機理有以下幾個方面：(1)形成旋流層；(2)減薄或破壞邊界層；(3)管中心的流體與靠近管壁流體產(chǎn)生置換作用；(4)產(chǎn)生二次流。在換熱器中應用螺旋凹槽管是對傳統(tǒng)換熱設備的改進，提高換熱器的換熱性能，不僅如此，在強化換熱的同時，能達到清除污垢的目的。