[發(fā)明專利]一種傳熱管內(nèi)外裝配縱向螺旋翅片傳熱元件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910023896.4
• 申請(qǐng)日: 2009-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN101691974A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號(hào): F28F1/42
• 分類號(hào): F28F1/42;F28F1/36;F28F3/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在煉油、化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)的換熱設(shè)備中使用的強(qiáng)化傳熱元件，尤其是涉及一種傳熱管內(nèi)外裝配縱向螺旋翅片傳熱元件。

背景技術(shù)

換熱器是煉油、化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)中一種重要的單元設(shè)備通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10-20％，目前，國(guó)內(nèi)外常用的換熱器大體上可以分為管式和板式兩大類。對(duì)于有氣體換熱的情況，一般采用增加翅片的方式來強(qiáng)化氣側(cè)換熱。通常而言，板翅式換熱器廣泛應(yīng)用于氣-氣換熱，管翅式換熱器較多的應(yīng)用于氣-液換熱。對(duì)于板翅式換熱器，因其在釬接過程中局部沒有釬牢而形成薄弱環(huán)節(jié)，從而決定了板翅式換熱器不能承受較高的絕對(duì)壓力或者故障狀態(tài)下較高的相對(duì)壓力，在極限工況下會(huì)發(fā)生脹裂，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患，這就限制了板翅式換熱器的使用場(chǎng)合。對(duì)于管翅式換熱器，一般僅在換熱管外側(cè)增加翅片，或者進(jìn)一步在翅片上設(shè)計(jì)出縱向渦發(fā)生器，以此來增強(qiáng)管外流體的湍動(dòng)能，對(duì)于翅片設(shè)計(jì)形式對(duì)流體流動(dòng)的影響以及流體流動(dòng)進(jìn)一步對(duì)傳熱的影響則考慮較少；而對(duì)于管內(nèi)加內(nèi)翅片以此來增加換熱管傳熱面積也有相關(guān)研究及專利，但相關(guān)內(nèi)翅片管的結(jié)構(gòu)布置在起到強(qiáng)化傳熱作用的同時(shí)也顯著地增加了管內(nèi)流動(dòng)阻力，傳熱強(qiáng)化與流動(dòng)阻力增加這對(duì)矛盾并沒有很好地解決。

現(xiàn)有的場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化傳熱理論指出，獲得高的對(duì)流傳熱系數(shù)的主要途徑有兩種：(1)提高流體速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻性；(2)改變速度矢量和熱流矢量的夾角，使兩矢量的方向盡量一致。因此，當(dāng)速度矢量方向與熱流矢量方向方向相反并在統(tǒng)一直線上時(shí)(方向相反時(shí)為流體被加熱程度最強(qiáng)；方向相同時(shí)為被流體冷卻程度最強(qiáng))，此時(shí)的對(duì)流傳熱協(xié)同性最好，傳熱系數(shù)最大，即在對(duì)流傳熱過程中，流體以一定的方式垂直沖刷或接近垂直沖刷固體壁面時(shí)(設(shè)法使得流速矢量與熱流密度矢量在同一直線上)，能夠有效地提高對(duì)流傳熱系數(shù)，極端的例子為射流沖擊，具有很強(qiáng)的傳熱效果，但同時(shí)流動(dòng)阻力也達(dá)到了最大?；趫?chǎng)協(xié)同思想，考慮到強(qiáng)化傳熱的同時(shí)能夠有效減少流動(dòng)阻力的增加，應(yīng)當(dāng)設(shè)法找到一種流動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)流傳熱場(chǎng)協(xié)同的效果最佳。流體的螺旋式運(yùn)動(dòng)能夠較好地解決以上問題，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)以一定的角度周期性地沖刷固體壁面，強(qiáng)化對(duì)流傳熱，同時(shí)又能夠有效降低其流動(dòng)阻力的增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種傳熱管內(nèi)外裝配縱向螺旋翅片傳熱元件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作簡(jiǎn)便且傳熱效果好，在增加傳熱管內(nèi)外傳熱面積的同時(shí)，能有效改善管內(nèi)外兩側(cè)對(duì)流傳熱的場(chǎng)協(xié)同效果并有效降低流動(dòng)阻力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種傳熱管內(nèi)外裝配縱向螺旋翅片傳熱元件，包括同心穿套的外管和芯管以及在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片，所述內(nèi)翅片與外管和芯管之間采用釬焊進(jìn)行連接，其特征在于：所述內(nèi)翅片由波紋內(nèi)翅片板彎曲而成且在外管和芯管之間形成一個(gè)圓柱狀的縱向螺旋式內(nèi)翅片管，所述縱向螺旋式內(nèi)翅片管上分布有多個(gè)縱向螺旋式流通通道；所述外管外裝配有在外管外側(cè)形成螺旋式流通通道的縱向螺旋外翅片。

所述內(nèi)翅片和縱向螺旋外翅片為同向螺旋或異向螺旋。

所述波紋內(nèi)翅片板波紋的紋路與水平方向間的夾角為α，其中15°≤α≤85°；所述波紋的波紋形狀為連續(xù)周期函數(shù)，其縱向幅高H與外管和芯管之間的間距相等；內(nèi)翅片中所流通的介質(zhì)黏性越大，所述波紋內(nèi)翅片板的波紋越稀疏，所述波紋的波長(zhǎng)λ越大，所述縱向螺旋式流通通道的數(shù)量越少，α越大。

所述波紋內(nèi)翅片板的波紋為鋸齒形、矩形或正弦波形。

所述波紋內(nèi)翅片板上連續(xù)開有多個(gè)通孔或多條細(xì)縫。

所述通孔為圓形或多邊形。

所述波紋內(nèi)翅片板為銅、鋼或鋁金屬板。

所述縱向螺旋外翅片的橫截面形狀為矩形、三角形或梯形。

所述縱向螺旋外翅片上連續(xù)開有多個(gè)孔或多條縫。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制作簡(jiǎn)便，而且使用操作方便。

2、通過在傳熱管內(nèi)外設(shè)置縱向螺旋翅片，在增加管內(nèi)外兩側(cè)的換熱面積的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳熱管內(nèi)外兩側(cè)流體的螺旋式流動(dòng)，從而改善傳熱管內(nèi)外對(duì)流傳熱的場(chǎng)協(xié)同效果，使得管內(nèi)外流體的對(duì)流傳熱接近最佳效果，同時(shí)能夠有效降低流動(dòng)阻力的增加。

3、管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向?yàn)榭v向螺旋狀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而加強(qiáng)了流動(dòng)邊界層的擾動(dòng)，并促進(jìn)邊界層流體和主流流體的混合，強(qiáng)化對(duì)流換熱。

4、螺旋通道內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流體能夠有效抑制管內(nèi)結(jié)垢，更適用于黏度較大介質(zhì)換熱。