專利名稱：一種新型強化換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于強化換熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種新型強化換熱管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的管內(nèi)強化傳熱方法主要有在管內(nèi)插扭曲帶、混合器，或采用機械、物理、化學(xué)方法増加管內(nèi)表面粗糙度，或在管內(nèi)緊貼管壁插入螺旋絲或采用機械加工方法形成整體異形內(nèi)助管等。現(xiàn)有的換熱設(shè)備中常采用翅片、槽肋等形式來増大管內(nèi)傳熱面積，以此來強化換熱；這些強化換熱管的傳熱性能良好，傳熱系數(shù)比光管高3 5倍，發(fā)生傳熱惡化的臨界熱流密度較光管高。帶螺旋結(jié)構(gòu)的強化換熱管(如內(nèi)螺紋管)中流體的旋流作用可有效地提高傳熱惡化發(fā)生時的熱流密度和蒸汽干度，較光管而言，可將傳熱惡化推遲到更高的干度區(qū)，并且發(fā)生傳熱惡化時的最高壁溫也遠(yuǎn)低于光管。在諸如鍋爐水冷壁等蒸發(fā)受熱面中采·用一定形式的內(nèi)螺紋管可以在比光管低得多的質(zhì)量流速和高得多的蒸汽干度條件下維持核態(tài)沸騰，內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)可以有效抑制或推遲膜態(tài)沸騰。但是，內(nèi)螺紋管在強化傳熱的同吋，也使流體在管內(nèi)的流動阻カ大大增加。流動阻カ的過分增加對流體循環(huán)很不利，也使循環(huán)系統(tǒng)的給水泵功耗大為增加。合理地利用強化傳熱技術(shù)，通過增大換熱面積、在邊界層內(nèi)產(chǎn)生攪動等措施可實現(xiàn)減小傳熱熱阻的目的，同時應(yīng)盡可能使主流部分產(chǎn)生較小的阻カ損失，以減小不必要的泵功消耗。為此，研發(fā)出ー種傳熱性能高而流動阻力小的新型強化換熱管型是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供ー種新型強化換熱管，在保證優(yōu)良傳熱性能的同時，能夠有效地減小介質(zhì)在管內(nèi)的流動阻力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種新型強化換熱管，由管內(nèi)壁為至少ー個預(yù)設(shè)長度LI的螺旋肋段I和至少ー個預(yù)設(shè)長度L2的光滑段2交替順序排列構(gòu)成。所述螺旋肋段I的最大內(nèi)徑D2和光滑段2的內(nèi)徑D相同；所述螺旋肋段I的長度LI和光滑段2的長度L2的比為L1/L2=0. 25 4。所述螺旋肋段I的螺旋肋3的螺紋頭數(shù)為3 6頭。 所述螺旋肋段I的螺旋肋3的寬度B= (O. 05 O. 3) X D2，高度H= (O. 08 O. 2) X D2。所述螺旋肋段I的多個螺旋肋3的高度H相同或不同。所述螺旋肋段I的多個螺旋肋3的寬度B相同或不同。所述螺旋肋段I的螺旋肋3的橫截面形狀為三角形、四邊形或梯形。所述螺旋肋段I的螺旋肋3的升角為15 90度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明的新型強化換熱管，設(shè)計有具有一定優(yōu)化配比的螺旋肋段和光滑段，利用螺旋結(jié)構(gòu)的增大換熱面積、強迫流體旋轉(zhuǎn)及擾流作用，破壞管內(nèi)近壁區(qū)的流動與熱邊界層，也即利用人工方法附加湍流的方法，使流動邊界層內(nèi)產(chǎn)生強烈擾動而減小熱阻，増大傳熱量，達(dá)到強化傳熱的目的，同時，流動エ質(zhì)在螺旋肋結(jié)構(gòu)的強迫作用下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)作用以及由此導(dǎo)致的高換熱性能在光滑管段內(nèi)得以保持和延續(xù)；光滑段內(nèi)不存在額外的擾動結(jié)構(gòu)，流動阻カ減少；與此同時，經(jīng)過光滑段后的流體再次進(jìn)入下游的螺旋肋段，如此間隔地進(jìn)入螺旋肋段和光滑段，充分利用螺旋肋段和光滑段的入口效應(yīng)，有效地增強換熱。因而，該管型既具有內(nèi)助管的強化傳熱作用，又可減少管內(nèi)流體的摩擦阻力，減少給水泵的功耗；既能保持推遲和防止傳熱惡化的性能，又具有盡可能低的流動阻カ；如在鍋爐水冷壁中使用，可使管內(nèi)流動介質(zhì)的自然循環(huán)特性(自補償特性)得以充分地顯現(xiàn)，在保證換熱效率的同吋，減少管間水力偏差；如在其它高溫?fù)Q熱器中使用，可有效增強流體與高溫管壁間的傳熱，降低管壁溫度水平，既提高換熱能力，又可有效降低換熱器內(nèi)流動阻力，使設(shè)備更加安全、經(jīng)濟、高效地運行。


圖I為本發(fā)明新型強化換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段LI的徑向截面示意圖。圖3(a)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為三頭時的截面示意圖；圖3(b)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為四頭時的截面示意圖；圖3(c)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為五頭時的截面示意圖；圖3(d)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為六頭時的截面示意圖。圖4(a)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段LI采用三角形螺旋肋的示意圖；圖4(b)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段LI采用四邊形螺旋肋的示意圖；圖4(()為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段LI采用梯形螺旋肋的示意圖；圖4(d)為本發(fā)明新型強化換熱管螺旋肋段LI采用肋高不等的螺紋肋的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例I和現(xiàn)有技術(shù)換熱管的換熱性能曲線及阻力特性曲線的對比圖。圖6為本發(fā)明實施例2和現(xiàn)有技術(shù)換熱管的換熱性能曲線及阻力特性曲線對比圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。如圖I所示，本發(fā)明ー種新型強化換熱管，由管內(nèi)壁為至少ー個預(yù)設(shè)長度LI的螺旋肋段I和至少ー個預(yù)設(shè)長度L2的光滑管段2交替順序排列構(gòu)成。如圖2所示，所述螺旋肋段I的最大內(nèi)徑D2和光滑管段2的內(nèi)徑D相同，這樣的結(jié)構(gòu)使螺旋助成為凸起，擾動近壁區(qū)流體，有效地破壞邊界層，促進(jìn)近壁流體和主流的交換，從而起到強化換熱的作用。優(yōu)選的，螺旋肋段I的長度LI和光滑管段2的長度L2的比為L1/L2=0. 25 4，充分利用上游螺旋肋段內(nèi)形成的流體旋轉(zhuǎn)擾動作用，増大管內(nèi)流體的橫向流動速度，促進(jìn)冷、熱流體的混合及其與管壁間的換熱；光滑管段進(jìn)ー步利用上游螺旋肋段內(nèi)已形成的流體旋轉(zhuǎn)及擾動作用，同時利用入口效應(yīng)區(qū)內(nèi)換熱系數(shù)高的特點，使整個換熱管獲得更高的換熱系數(shù)?？紤]到螺旋肋段在不同的入口流速下強迫流體旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)不一致，下游光滑段內(nèi)流動重新達(dá)到穩(wěn)定所需的管段長度也隨之發(fā)生變化。測試結(jié)果表明，當(dāng)入口雷諾數(shù)較低吋，LI與L2的比值應(yīng)取小于等于I. O的值；而當(dāng)入口雷諾數(shù)較高時，螺旋肋段內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)動量増強，LI與L2的比值應(yīng)取大于I. O的值；例如，當(dāng)雷諾數(shù)為5000時，11/12=1. O時管內(nèi)傳熱和流動性能較優(yōu)；當(dāng)雷諾數(shù)為25000吋，L1/L2取為2. O較佳。優(yōu)選的，螺旋肋段I的螺旋肋3的寬度B=(0. 05 O. 3) XD2，高度H= (O. 08、. 2) XD2，這種肋結(jié)構(gòu)尺寸既能保持較高的肋化面積，強化換熱，同時又能保證流體在螺旋肋段I內(nèi)形成較高的旋轉(zhuǎn)動量，并在下游的光滑管段2內(nèi)保持較強的旋流和擾動效應(yīng)。如圖3所示，螺旋肋段I的螺旋肋3的螺紋頭數(shù)為3 6頭，螺紋頭數(shù)的適當(dāng)增加有利于將壁面附近的流體域分成多束，利于對流動邊界層的破壞，并獲得更大的肋化面積。其中圖3(a)為強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為三頭時的截面示意圖；圖3(13)為強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為四頭時的截面示意圖；圖3(c)為強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為五頭時的截面示意圖；圖3(d)為強化換熱管螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為六頭時的截面示意圖。如圖4所示，所述螺旋肋段I的多個螺旋肋3的高度H可以相同或不同，所述螺旋肋段I的多個螺旋肋3的寬度B可以相同或不同，所述螺旋肋段I的螺旋肋3的橫截面形狀可為三角形、四邊形、梯形或梯形。優(yōu)選的，螺旋肋段I的螺旋肋3的升角為15 90度，螺旋升角越大，相應(yīng)的螺旋肋的導(dǎo)程越大；螺旋升角越小，其螺旋肋的導(dǎo)程越小。測試結(jié)果表明低流速下，具有較小螺旋升角的管結(jié)構(gòu)有利于管內(nèi)強化換熱；高流速下則反之。實施例I本實施例總管長取為261mm，取単元管段內(nèi)的螺旋肋段長度LI為ー個導(dǎo)程長(其中導(dǎo)程為87_)，光滑段長度L2為43. 5mm (11/12=2. O);螺旋肋段的螺紋頭數(shù)為四頭，管外徑為22mm,最大內(nèi)徑為14. Imm,最小內(nèi)徑為12. 3mm,螺紋寬度為4. Omm,螺紋高度O. 85mm,螺紋升角為54度；管內(nèi)雷諾數(shù)取為5346，外壁熱負(fù)荷為50kW/m2，在此條件下對換熱管進(jìn)行加熱。該實施例的新型換熱管的換熱性能曲線和阻力特性曲線如圖5所示。由圖5中曲線可看出該新型管的換熱系數(shù)在光滑段稍高，該新型管的整體換熱系數(shù)與光管換熱系數(shù)的比值隨管長的增加趨于穩(wěn)定值(約為3. 2)，略低于螺紋管與光管之間的換熱系數(shù)的比值(約為3. 5);該新型管的阻力系數(shù)與光管的阻力系數(shù)比值為I. 09，低于螺紋管與光管阻力系數(shù)的比值I. 22。實施例2為更好地描述本發(fā)明的新型強化換熱管的結(jié)構(gòu)對流動和換熱性能的影響，本實施例的管型長度比例有所改變。本實施例選取螺旋肋段的長度LI與光滑管段的長度L2的比值為I. O (在圖6中以新型管2代表本實施例2的新型管，以區(qū)別于實施例I中的新型管 I)。新型管2的總管長取為261mm，每單元管段內(nèi)的螺旋肋段的長度LI為43. 5mm,光滑段的長度L2為43. 5mm(Ll/L2=l. O);其它參數(shù)與實施例I的數(shù)據(jù)相同。新型管2的換熱性能曲線和阻力特性曲線如圖6所示。由圖6的曲線圖可看出當(dāng)螺旋肋段的長度與光滑管段的長度比值為1.0時(即新型管2)，新型管內(nèi)光滑段的換熱性能明顯增加，最高為光管換熱系數(shù)的5. 46倍，帶螺旋肋管段的換熱系數(shù)略高于螺紋管，新型管2的整體換熱性能提高；新型 管2的阻力系數(shù)與光管的阻力系數(shù)比值為I. 15，低于螺紋管與光管阻力系數(shù)的比值I. 22。
權(quán)利要求
1.ー種新型強化換熱管，其特征在干由管內(nèi)壁為至少ー個預(yù)設(shè)長度LI的螺旋肋段(I)和至少ー個預(yù)設(shè)長度L2的光滑段(2)交替順序排列構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的最大內(nèi)徑D2和光滑段(2)的內(nèi)徑D相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的長度LI和光滑段(2)的長度L2的比為L1/L2=0. 25 4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的螺旋肋(3)的螺紋頭數(shù)為3 6頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的螺旋肋(3)的寬度 B= (O. 05 O. 3) XD2，高度 H= (O. 08 O. 2) XD2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的多個螺旋肋(3)的高度H相同或不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的多個螺旋肋(3)的寬度B相同或不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的螺旋肋(3)的橫截面形狀為三角形、四邊形或梯形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型強化換熱管，其特征在于所述螺旋肋段(I)的螺旋肋(3)的升角為15 90度。
全文摘要
一種新型強化換熱管，由管內(nèi)壁為至少一個預(yù)設(shè)長度L1的螺旋肋段和至少一個預(yù)設(shè)長度L2的光滑段交替順序排列構(gòu)成，優(yōu)選螺旋肋段的最大內(nèi)徑D2和光滑管段的內(nèi)徑D相同，螺旋肋段的長度L1和光滑段的長度L2的比為L1/L2=0.25～4；該管型既具有螺旋內(nèi)肋管的強化傳熱作用，又可減少管內(nèi)流體的摩擦阻力，減少用于驅(qū)動流體循環(huán)的泵耗功，既能保持推遲和防止傳熱惡化的能力，又具有盡可能低的流動阻力；在鍋爐水冷壁中使用，可使管內(nèi)流動介質(zhì)的自然循環(huán)特性得以充分地顯現(xiàn)，在保證換熱效率的同時，減少管間水力偏差；如在高溫?fù)Q熱器中使用，可有效增強流體與高溫管壁間的傳熱，降低管壁溫度，既提高換熱能力，又可有效降低換熱器內(nèi)流動阻力，使設(shè)備更加安全、經(jīng)濟、高效地運行。
文檔編號F28F1/08GK102679788SQ201210139090
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者李會雄, 雷賢良 申請人:西安交通大學(xué)