[發(fā)明專利]一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410552661.5
• 申請(qǐng)日: 2014-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104296584A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐會(huì)金;段欣悅;黃善波;徐明海;毛歡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): F28F1/40
• 分類號(hào): F28F1/40
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化換熱管，尤其涉及一種流體換熱器或散熱器中的金屬泡沫螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。

背景技術(shù)

管內(nèi)安裝螺旋紐帶強(qiáng)化換熱管一類增強(qiáng)流體擾動(dòng)、混合和除垢的高效強(qiáng)化換熱形式。現(xiàn)有較多的學(xué)者對(duì)管內(nèi)加裝螺旋紐帶裝置進(jìn)行了研究，在管內(nèi)加裝金屬泡沫材料的螺旋紐帶是一種比較有效的強(qiáng)化換熱方式。專利CN2568324提出了一種在基管內(nèi)加裝螺旋紐帶的裝置；文獻(xiàn)：螺旋紐帶在凝汽器中強(qiáng)化換熱及除垢的應(yīng)用(毛琨，李連杰；節(jié)能，2007)研究了螺旋紐帶在凝汽器中強(qiáng)化換熱及除垢的應(yīng)用；文獻(xiàn)：臥式管內(nèi)流體動(dòng)力自動(dòng)清洗螺旋紐帶的結(jié)構(gòu)關(guān)系研究(劉吉兆，劉志儒，俞秀民；機(jī)床與液壓，2003)研究了螺旋紐帶結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)紐帶清洗能力、流體阻力及傳熱強(qiáng)化的關(guān)系。這些研究對(duì)螺旋紐帶在管內(nèi)安裝方式各有特點(diǎn)，但是這類強(qiáng)化換熱管普遍采用將螺旋紐帶與管壁分離的做法，非牢固固定的螺旋紐帶增加了換熱管的易損性，且由于螺旋紐帶不與管壁接觸其導(dǎo)熱能力被大大限制。此外，制造螺旋紐帶所采用的材料基本都是金屬薄片，因此這類強(qiáng)化換熱管的流體混合受到了一定的限制。

金屬泡沫是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類集高導(dǎo)熱性、高通透性、高表面積密度、輕質(zhì)、優(yōu)良機(jī)械性能和較好流體混合能力等于一體的理想換熱材料。由于金屬泡沫具有很強(qiáng)的流體擾動(dòng)能力和導(dǎo)流能力，能極大增強(qiáng)流體湍動(dòng)度。金屬泡沫完全填充的強(qiáng)化換熱通道的換熱性能極強(qiáng)，但壓降也很大，這大大限制類這類完全填充金屬泡沫強(qiáng)化換熱形式的應(yīng)用。而以金屬泡沫作為旋流元件的部分填充金屬泡沫強(qiáng)化換熱管，不僅能使流體流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生大量二次流，而且具有較小的流動(dòng)壓降。與傳統(tǒng)采用金屬薄片螺旋紐帶的強(qiáng)化管相比，金屬泡沫螺旋紐帶強(qiáng)化管不僅能提升紐帶兩側(cè)流體的混合效果，而且金屬泡沫燒結(jié)在管壁的被動(dòng)強(qiáng)化換熱形式可將管壁熱量有效傳遞到流體內(nèi)部，從而達(dá)到肋片式強(qiáng)化換熱效果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決傳統(tǒng)強(qiáng)化換熱管存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種牢固耐用、導(dǎo)熱性能好、流體混合能力強(qiáng)的螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管，包括基管和盤旋在基管內(nèi)的螺旋紐帶，其特征在于，該螺旋紐帶由金屬泡沫材料制成，且被固定于基管的內(nèi)壁上。

優(yōu)選地，該螺旋紐帶是通過(guò)材料燒結(jié)技術(shù)固定于所述基管內(nèi)壁上的。

螺旋紐帶可貫穿于整個(gè)強(qiáng)化換熱管的管段，也可優(yōu)選地設(shè)置于距管口不大于50倍管徑的距離處，特別優(yōu)選為25～50倍的管徑距離處，以保證擾動(dòng)的流體部分為充分發(fā)展段。

優(yōu)選地，金屬泡沫材料的孔隙率范圍為0.8-0.99，孔密度范圍為5PPI-300PPI。

優(yōu)選地，金屬泡沫材料為銅、鋁及其合金等高導(dǎo)熱性材料。

優(yōu)選地，螺旋紐帶的厚度δ不大于0.3倍的基管內(nèi)徑d_t，即δ≤0.3d_t。

優(yōu)選地，螺旋紐帶的螺距小于管長(zhǎng)，對(duì)于常規(guī)尺寸的長(zhǎng)管(管長(zhǎng)L＞30cm),螺旋紐帶的螺距(B)的范圍為20mm≤B≤200mm。

優(yōu)選地，螺旋紐帶的直徑d等于基管內(nèi)徑d_t。

優(yōu)選地，該強(qiáng)化換熱管內(nèi)流體的種類為非腐蝕性的流體。

本發(fā)明根據(jù)強(qiáng)化傳熱基本原理，將金屬泡沫材料的特點(diǎn)與湍流理論相結(jié)合，所提供的強(qiáng)化管是一種帶有金屬泡沫螺旋紐帶的被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在螺旋紐帶的導(dǎo)流作用下，會(huì)產(chǎn)生螺旋狀的渦，破壞了流體的邊界層，增強(qiáng)了擾動(dòng)，大大提高了換熱系數(shù)，同時(shí)，因?yàn)榻饘倥菽亩嗫祝徊糠至黧w還可以穿過(guò)紐帶孔隙，減少流動(dòng)阻力。此外，在管內(nèi)燒結(jié)這類高孔隙率的金屬泡沫螺旋紐帶，可以將換熱面延伸到了流體內(nèi)部，極大地?cái)U(kuò)展了流體與壁面的換熱面積。如果將這類被動(dòng)強(qiáng)化換熱管應(yīng)用到管式換熱器和散熱器中，不僅能夠提高管式換熱設(shè)備的換熱性能，而且可以保證較低的壓降。而且該結(jié)構(gòu)不需要額外增加其它裝備，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無(wú)須在原設(shè)備的結(jié)構(gòu)上做較大改變，還適宜作為換熱設(shè)備的強(qiáng)化換熱管件更換。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明換熱管的沿軸向截面示意圖

圖2是本發(fā)明換熱管的垂直軸向截面示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理做進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1