[發明專利]丁胞型強化換熱管

無效

• 申請號: 200910022779.6
• 申請日: 2009-06-01
• 公開（公告）號: CN101566445A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 何雅玲;王煜;雷勇剛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28F1/40
• 分類號: F28F1/40;F28F13/02;F28F13/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明涉及一種廣泛應用于能源、動力、化工、冶金、機械、交通、航空航天等領域中熱交換系統的換熱器，具體涉及一種丁胞型強化換熱管。

背景技術

由于管子是組成管殼式換熱器的基本元件，提高管殼式換熱器的傳熱效率和降低其流動阻力的研究，即歸結為對管子內外流體有相變或無相變的傳熱強化研究。管子的結構形狀和表面性質直接影響著傳熱和流阻。傳統的光滑換熱管，隨著流體在管內的流動，流體在壁面形成的邊界層會逐漸增厚，使速度和溫度梯度的協同性變差，從而會使換熱性能下降。

至今已經有一些相關的專利對于通過在管道內布置一些凹凸從而影響流體流動和傳熱的情況進行了研究。專利CN200620155406.8公開了一種凹凸換熱管，是在管體的外圓周面沿軸向上下對稱且均勻分布圓弧凹坑，能使對流換熱系數有較大的提高而沿程阻力卻加幅不大，可用于鍋爐、熱交換器以及其他換熱設備上。專利CN96235149.0公開了一種球面形凹凸換熱管，是在原有光滑換熱管管壁碾壓出球面形凹凸而成的。專利CN200810018045.6公開了一種丁胞型強化換熱管，是在基管上沿周向均勻分布由基管內壁向管外凸起的球冠狀丁胞。專利CN200710018994.X是將丁胞管設置在螺旋折流板換熱器中。值得注意的是，以上的專利和研究不論向內凸起還是向外凸起都是圓球形丁胞，向內凹起的結構減小了局部的流通面積使得阻力增加較大，但對換熱的增強效果并不是很理想；向外凸起的結構雖然可以增大流通面積，不會使阻力有很大的增加，卻容易在外凸的丁胞中形成漩渦死區，無法有效地對傳熱進行強化。只有極少數外文文獻中提到橢球型丁胞，但由于其丁胞的布置方式，不能使流體產生縱向渦。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種能夠既可以節約金屬管材和降低設備費用，又能顯著地提高熱能利用效率，降低能耗，而且制造工藝簡單的丁胞強化換熱管。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括基管以及在基管壁面沿周向分布的若干組由基管外壁向基管管內凸起的橢球冠型丁胞組成的丁胞組，若干丁胞組沿基管流動方向均勻分布。

本發明的橢球冠型丁胞的長軸與基管的流動方向成30～60°夾角，且同一圓周截面上橢球冠型丁胞的長軸方向相互交錯；橢球冠型丁胞的長軸投影長度為4～16mm，短軸投影長度為2～8mm；沿基管周向分布的相鄰兩橢球冠型丁胞之間的角度間隔為45～90°，且同一圓周截面上的橢球冠型丁胞的個數為偶數；橢球冠型丁胞沿基管流動方向的間隔為10～20mm；橢球冠型丁胞向管內凸起的高度為1～3mm。

發明是在粗糙元結構強化傳熱技術的基礎上，通過研究流體在不同形狀及結構的丁胞管中的流動特性而制成的丁胞型強化換熱管。其在基管上設置有向內凸起的橢球冠型丁胞不但能夠增加一定的管內的傳熱面積；更能有效地破壞管內壁的邊界層；并且與軸向成一定夾角的橢球冠型丁胞使流體產生縱向渦；管截面的不斷變化以及所產生的壓力變化增加了管內流體的湍流度，進而提高了管側換熱系數，在提高管側換熱系數同時，由于與軸向成一定夾角的橢球冠型丁胞使流體產生的二次流存在，其對流體阻力的增加較小，實現了換熱增強的比例大于阻力增加的比例，從而達到了提高綜合換熱性能的效果。而且橢球冠型丁胞結構在工程中可以比較容易的實現，其加工工藝適合進行批量生產。

附圖說明

圖1是本發明的三維示意圖；

圖2是本發明在下述例子中的加工工程圖；

圖3是本發明通過數值模擬，顯示其產生的縱向渦速度矢量圖；

圖4是本發明通過實驗，與光管綜合換熱性能比較圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。

實施例1，參見圖1，本發明包括基管1以及在基管1的壁面上按一定的排列周向分布的由基管1外壁向基管1管內凸起的橢球冠型丁胞2組成的丁胞組，若干丁胞組沿基管1中流體的流動方向均勻分布。橢球冠型丁胞1的長軸與基管1中流體的流動方向成45°夾角，且同一圓周截面上其長軸方向相互交錯；橢球冠型丁胞的長軸的投影長度為8mm，短軸的投影長度為4mm；基管周向分布的橢球冠型丁胞之間的角度間隔θ為60°，為了滿足同一圓周截面上橢球冠型丁胞長軸方向相互交錯，同一圓周截面上的橢球冠型丁胞數為偶數；沿基管中流體的流動方向橢球冠型丁胞的間隔為15mm；向管內凸起的高度為2mm。

參見圖2，圖2是本發明采用上述尺寸和布置方式加工橢圓丁胞管的工程圖。