專利名稱：強(qiáng)化換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化換熱管，特別涉及一種應(yīng)用于能源、動(dòng)力、石油、化工等領(lǐng)域中高粘性流體冷卻器(如油冷卻器)、加熱器或空氣壓縮機(jī)中冷器中的強(qiáng)化換熱管。
背景技術(shù)：
在高粘性流體冷卻器、加熱器或空氣壓縮機(jī)中冷器中，為了增強(qiáng)管內(nèi)的換熱，在管內(nèi)安裝內(nèi)翅片，以增大換熱面積，減小流體的熱阻。但是目前所使用的光管中，由于沿著流體流動(dòng)的方向，流體在翅片表面形成的邊界層會(huì)逐漸增厚，使速度和溫度梯度的協(xié)同性變差，從而會(huì)使傳熱性能下降。為了進(jìn)一步提高翅片管換熱器的傳熱性能，采用了強(qiáng)化換熱性能更好內(nèi)翅片管。縱向內(nèi)翅片管是其中一種比較有效的強(qiáng)化換熱方式。至今有許多文獻(xiàn)和專利對(duì)縱向內(nèi)翅片管進(jìn)行了研究。專利98218591.X提出了一種雙金屬?gòu)?fù)合波紋翅片管，其在基管和套管上都加工有波紋翅片。專利96213973.4提出了一種縱向內(nèi)翅片管，內(nèi)翅片為“U”形板狀翅片或平板形翅片。文獻(xiàn)[Camavos T C.Heattransfer performance of internally finned tubes in turbulent flow.Heat TransferEngineering，1980，1(4)32-37]研究了縱向螺旋形內(nèi)翅管的換熱性能；文獻(xiàn)[SaidM N A.Predictions of turbulent flow and heat transfer in internally finned tubes.Chemical Engineering Progress，1984，31(1-6)65-69]研究的內(nèi)翅片形狀則為梯形狀；文獻(xiàn)[Campo Antonio，Morales Juan C.Analytical/numerical prediction of thethree-dimensional temperature variation in tubes having streamwise internal fins.Numerical Heat Transfer，A，1993，23(3)319-339]和文獻(xiàn)[Alam Iftakhar，Ghoshdastidar P S.A study of heat transfer effectiveness of circular tubes withinternal longitudinal fins having tapered lateral profiles，Int J of Heat Mass Transfer，2002，45(6)1371-1376]研究了未堵塞內(nèi)翅片管內(nèi)的傳熱性能；[Yu B，Nie J H，Wang Q W，Tao W Q.Experimental study on the pressure drop and heat transfercharacteristics of tubes with internal wave-like longitudinal fins.Heat and Transfer，1999，35(1)65-73]、[Yu B，Tao W Q.Pressure drop and heat transfercharacteristics of turbulent flow in annual tubes with internal wave-like longitudinalfins，Heat and Mass Transfer，2004，40643-651]提出了一種兩端堵塞的帶有縱向波紋的內(nèi)翅片管，且對(duì)其傳熱和阻力特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，相同質(zhì)量流量、相同泵功、相同壓降下中心堵塞縱向波紋內(nèi)翅片管比對(duì)應(yīng)光管的面積增加8-10倍，但其傳熱效果還有待進(jìn)一步提高。場(chǎng)協(xié)同原理及在該原理的指導(dǎo)下利用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行強(qiáng)化表面的開(kāi)發(fā)見(jiàn)文獻(xiàn)[Guo Z Y，Li D Y，Wang B X.Anovel concept for convective heat transfer enhancement.Int J HeatTransfer，1998，412221-2225]，[Wang S，Li Z X，Guo Z Y.Novel concept anddevice of heat transfer augmentation.InProceedings of 11# InternationalConference of Heat Transfer，1998.Philadelphia.Taylor & Francis，5405-408.]，[Tao WQ，Guo Z Y，Wang B X.Field synergy principle for enhancing convectiveheat transfer-its extension and numerical verification.Int J Heat and Mass Transfer.2002，45(18)3849-3856.]，[Tao WQ，He YL，Wang QW，et al.A unified analysison enhancing single phase convective heat transfer with field synergy principle.IntJ Heat and Mass Transfer.2002，45(24)3871-4879.]，[陶文銓，何雅玲.場(chǎng)協(xié)同原理在強(qiáng)化對(duì)流換熱與脈管性能改進(jìn)中的應(yīng)用(上)，西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36(11)1101-1105]，[何雅玲，陶文銓..場(chǎng)協(xié)同原理在強(qiáng)化對(duì)流換熱與脈管性能改進(jìn)中的應(yīng)用(下)，西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36(11)1106-1110]，[Qu ZG，Tao W Q，He Y L.Three-dimensional numerical simulation on laminar heattransfer and fluid flow characteristics of strip fin surface with X-arrangements ofstrips.ASME Journal of heat transfer，2004，126697-707]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種強(qiáng)化換熱管，此強(qiáng)化換熱管能夠增加空氣內(nèi)翅片管換熱器的傳熱、減小高粘性流體冷卻器、加熱器或空氣壓縮機(jī)中冷器的體積。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括外部基管、兩端堵塞的內(nèi)部芯管和設(shè)置在內(nèi)部芯管與外部基管之間的沿內(nèi)部芯管周向均勻布置的波紋形翅片，其特點(diǎn)是，波紋形翅片的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是通孔的直徑為1mm～10mm，且相鄰兩通孔的間距為5mm～20mm；沿內(nèi)部芯管周向布置的波紋形翅片為2～30個(gè)。
由于本發(fā)明在波紋形翅片上開(kāi)設(shè)有孔，使管子在內(nèi)部的流動(dòng)通道為不完全間隔的環(huán)形流動(dòng)通道，極大地增加了管內(nèi)的傳熱面積，提高了空氣側(cè)傳熱系數(shù)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是波紋形翅片5的展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明與中心堵塞未開(kāi)孔的波紋內(nèi)翅片管與光管換熱性能的比較圖，其中橫坐標(biāo)為流速，縱坐標(biāo)為與光管換熱量的比值。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1，2，本發(fā)明包括外部基管1、兩端堵塞2的內(nèi)部芯管3和沿著內(nèi)部芯管3周向均勻布置的2～30個(gè)波紋形翅片5，在波紋形翅片5的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有通孔4，由于在波紋形翅片5上開(kāi)設(shè)有通孔4，所以流動(dòng)通道為不完全隔開(kāi)的環(huán)形通道，而且開(kāi)孔波紋翅片在環(huán)形流動(dòng)管內(nèi)貫穿整個(gè)流動(dòng)通道。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明在波紋形翅片5開(kāi)設(shè)有孔間距為10mm，直徑為3mm的通孔4。
本發(fā)明的波紋形翅片5采用平直邊，便于制造，而氣體流動(dòng)阻力不會(huì)大幅度增加，氣體側(cè)的換熱面積比光管增加7-8倍；在波紋形翅片5上開(kāi)設(shè)有通孔4，對(duì)邊界層進(jìn)行破壞，改善了對(duì)流換熱；內(nèi)部芯管3中心堵塞，在同樣的流量下使外部基管1內(nèi)壁速度梯度增大，進(jìn)一步改善了對(duì)流換熱。
參見(jiàn)圖4，在不同的流速，即不同的Re數(shù)下，本發(fā)明的換熱能力高出未開(kāi)孔中心堵塞縱向波紋內(nèi)翅片管11％～13％，而與光管相比，中心堵塞開(kāi)孔縱向波紋內(nèi)翅片管換熱量是光管的12倍～13.5倍。
通過(guò)以上的分析可知本發(fā)明從強(qiáng)化傳熱的場(chǎng)協(xié)同原理出發(fā)，將破壞邊階層(翅片開(kāi)孔)和增加壁面速度梯度(中心堵塞)的方法相結(jié)合，提出一種稱為中心堵塞開(kāi)孔縱向波紋內(nèi)翅片管的強(qiáng)化換熱管，在很大程度上增加了管內(nèi)的面積和管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，改善了速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的協(xié)同，可以使換熱在相同流量下比光管增加12倍～13.5倍，極大地減小換熱器的體積。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化換熱管，包括外部基管[1]、兩端堵塞[2]的內(nèi)部芯管[3]和設(shè)置在內(nèi)部芯管[3]與外部基管[1]之間的沿內(nèi)部芯管[3]周向均勻布置的波紋形翅片[5]，其特征在于波紋形翅片[5]的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔[4]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱翅片，其特征在于所說(shuō)的通孔[4]的直徑為1mm～10mm，且相鄰兩通孔[4]的間距為5mm～20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱翅片，其特征在于所說(shuō)的沿內(nèi)部芯管[3]周向布置的波紋形翅片[5]為2～30個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于能源、動(dòng)力、石油、化工領(lǐng)域高粘性流體冷卻器(如油冷卻器)、加熱器或空氣壓縮機(jī)中冷器中的強(qiáng)化傳熱管。它包括外部基管、兩端堵塞的內(nèi)部芯管和設(shè)置在內(nèi)部芯管與外部基管之間的沿內(nèi)部芯管周向均勻布置的波紋形翅片，在波紋形翅片的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔。由于本發(fā)明在波紋形翅片上開(kāi)設(shè)有孔，使管子在內(nèi)部的流動(dòng)通道為不完全間隔的環(huán)形流動(dòng)通道。開(kāi)孔的內(nèi)翅片增加了靠近壁面流體流動(dòng)速度梯度，翅片的開(kāi)孔破壞了流體的邊界層，增加了擾動(dòng)，改善了流體速度與溫度梯度的協(xié)同，增強(qiáng)了換熱，同時(shí)由于翅片個(gè)數(shù)，開(kāi)孔方式選擇，提高了翅片管換熱器的傳熱性能，從而減小換熱設(shè)備的體積，降低了產(chǎn)品成本。
文檔編號(hào)F28F1/14GK1677044SQ200510041808
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者陶文銓, 何雅玲, 屈治國(guó) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)