管內(nèi)復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件及設(shè)有其的換熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳熱設(shè)備，具體地說(shuō)，涉及管內(nèi)復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件及設(shè)有其的換熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過(guò)程，用來(lái)完成各種熱傳遞過(guò)程的換熱器是電力、冶金、化工、石油、制藥、航空、電子等工業(yè)部門(mén)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。強(qiáng)化傳熱技術(shù)，由于其能使各種換熱器的效率提高、重量和體積減少，一直受到科技界和工業(yè)界的重視。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利CN1211633C公開(kāi)了一種不連續(xù)雙斜內(nèi)肋強(qiáng)化換熱管，即在換熱管的內(nèi)壁面形成許多不連續(xù)的、與基管軸線有一定夾角并向兩個(gè)方向傾斜的條狀凸起物一一雙斜內(nèi)肋。管內(nèi)流體在管壁上許多雙斜內(nèi)肋的作用下產(chǎn)生多縱向渦流，從而使對(duì)流換熱得到強(qiáng)化。不連續(xù)雙斜內(nèi)肋強(qiáng)化換熱管一般用普通圓管經(jīng)過(guò)模壓或輥軋成型，也可在軋制無(wú)縫管或焊接有縫管時(shí)成型，加工難度大，制造成本高，不能用于現(xiàn)有設(shè)備的改造，且強(qiáng)化傳熱的幅度有限。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN1069964C公開(kāi)了一種須毛狀強(qiáng)化傳熱元件，在流體通道中設(shè)置一些垂直于流動(dòng)方向的非常稀疏但熱導(dǎo)率很高的須毛狀插入物，其強(qiáng)化傳熱的物理機(jī)制不是通常意義上的增大換熱面積，而是通過(guò)須毛狀插入物的高導(dǎo)熱能力來(lái)改變流體的溫度分布，進(jìn)而改善速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)傳熱的強(qiáng)化。須毛狀插入物一般與管壁通過(guò)焊接方式連接，加工量很大，且易發(fā)生虛焊導(dǎo)致泄漏，難以用于現(xiàn)有設(shè)備的改造，且強(qiáng)化傳熱的幅度有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種傳熱強(qiáng)化幅度大，綜合性能好，加工簡(jiǎn)單，能用于現(xiàn)有設(shè)備改造的管內(nèi)復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件，并解決現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)化傳熱的幅度有限的問(wèn)題。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種管內(nèi)復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件，其由周向圈、軸向桿、徑向絲、斜向筋組成；所述軸向桿的兩端固定在周向圈上，沿周向均勻分布；每根軸向桿只有一側(cè)與相鄰的軸向桿之間連接有斜向筋，另一側(cè)不連接斜向筋；所述徑向絲在所述元件的橫截面的直徑位置分布(穿過(guò)換熱管橫截面的中心區(qū)域)，其兩端固定在相對(duì)應(yīng)的兩根軸向桿上。
[0009]進(jìn)一步地，所述斜向筋的軸線為直線、折線或曲線，所述軸向桿的軸線為直線；斜向筋軸線與軸向桿軸線之間成土(30?80)度的夾角，正號(hào)表示為右旋方向傾斜，負(fù)號(hào)表示為左旋方向傾斜
[0010]作為優(yōu)選，周向相鄰斜向筋的方向?yàn)橛倚妥笮嚅g。所述斜向筋可以對(duì)稱(chēng)布置，一個(gè)右旋斜向筋和一個(gè)周向相鄰的左旋斜向筋組成一個(gè)渦流激發(fā)器；所述斜向筋也可以非對(duì)稱(chēng)布置，一個(gè)右旋斜向筋和一個(gè)周向相鄰的左旋斜向筋組成一個(gè)渦流激發(fā)器。
[0011]進(jìn)一步地，所述徑向絲的軸線為直線，徑向絲軸線與軸向桿軸線之間成85?95度的夾角；相鄰兩根徑向絲的夾角為45?135度。
[0012]作為優(yōu)選，徑向絲軸線與軸向桿軸線之間成90度的夾角，相鄰兩根徑向絲的夾角為85?95度。
[0013]本實(shí)用新型還提供一種設(shè)有前述元件的換熱管，所述元件位于換熱管內(nèi)部，元件的軸向長(zhǎng)度小于等于換熱管的長(zhǎng)度。所述復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件可以整體制造成型，也可分段制造后組合成一個(gè)整體；周向圈、斜向筋、軸向桿通過(guò)焊接連接為一體，或鑄造為一體，也可以通過(guò)其它方式連接為一體，例如塑料熱加工；徑向絲與軸向桿通過(guò)焊接和/或捆扎連接為一體，也可以通過(guò)其它方式連接為一體，例如粘接。
[0014]周向圈的周向形狀與換熱管的橫截面形狀相同，一般為圓形，也可以是其它形狀，例如矩形；外緣的周向輪廓線長(zhǎng)度等于或略小于換熱管橫截面的內(nèi)壁輪廓線長(zhǎng)度；周向圈的橫截面形狀是下述各種中的任何一種或幾種的組合:圓弧形、矩形、三角形、扇形、流線形以及由幾段曲線和直線構(gòu)成的任意形狀。周向圈的法向高度一般不大于0.ld(d為換熱管的內(nèi)徑或當(dāng)量直徑，下同)，優(yōu)選0.04d?0.05d ;橫向?qū)挾纫话悴淮笥?.2d。所用材料一般為金屬，也可以是其它材料，例如塑料。
[0015]軸向桿的軸線與換熱管軸線平行；橫截面形狀是下述各種中的任何一種或幾種的組合:圓弧形、矩形、三角形、扇形、流線形以及由幾段曲線和直線構(gòu)成的任意形狀。軸向桿的法向高度不大于0.1d,優(yōu)選0.04d?0.05d，橫向?qū)挾炔淮笥?.2d。所用材料一般為金屬，也可以是其它材料，例如塑料。
[0016]斜向筋的橫截面形狀是下述各種中的任何一種或幾種的組合:圓弧形、矩形、三角形、扇形、流線形以及由幾段曲線和直線構(gòu)成的任意形狀。斜向筋的法向高度不大于0.22d，優(yōu)選值為軸向桿法向高度的1.8?2.2倍；橫向?qū)挾纫话悴淮笥?.2d ;軸向長(zhǎng)度一般不大于2d ;相鄰兩根斜向筋的軸向間距一般不大于2d，優(yōu)選值為不大于d ;所用材料一般為金屬，也可以是其它材料，例如塑料。
[0017]徑向絲的橫截面形狀是下述各種中的任何一種或幾種的組合:圓弧形、矩形、三角形、扇形、流線形以及由幾段曲線和直線構(gòu)成的任意形狀；長(zhǎng)徑比應(yīng)盡可能大，一般應(yīng)大于10，在通道中的體積填充率應(yīng)盡可能小，最大不超過(guò)2%，長(zhǎng)度略大于或等于換熱管內(nèi)徑。
[0018]所述徑向絲也可通過(guò)徑向絲材料本身的彈性與換熱管內(nèi)壁直接接觸；徑向絲與換熱管軸線的夾角一般為85?95度，優(yōu)選值為90度；相鄰兩根徑向絲的夾角為45?135度，一般為85?95度，軸向間距小于4d，一般不大于相鄰兩根斜向筋的軸向間距；徑向絲材料的導(dǎo)熱系數(shù)需比流體的導(dǎo)熱系數(shù)大得多，對(duì)于不同的流體可選擇不同的徑向絲材料，若流體導(dǎo)熱性能較好(如液體)，則選導(dǎo)熱性能好的金屬材料，例如銅，若流體導(dǎo)熱性能差(如氣體)，則可選擇導(dǎo)熱性能稍差的材料，例如不銹鋼。
[0019](三)有益效果
[0020]本實(shí)用新型提供的復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件，利用大量雙斜向筋優(yōu)化了管內(nèi)流體的速度場(chǎng)，激發(fā)出對(duì)流動(dòng)阻力影響較小的多縱向渦流，在熱量傳遞方向產(chǎn)生速度分量，改善了速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)之間的協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)同功耗下盡可能多的傳熱強(qiáng)化；長(zhǎng)徑比非常大、體積填充率非常小的徑向絲憑借其高導(dǎo)熱能力來(lái)優(yōu)化流體的溫度場(chǎng)，增大了壁面處的溫度梯度，增加的流體阻力很小，從而改善管內(nèi)速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)之間的協(xié)同度，實(shí)現(xiàn)在盡可能少地增加流動(dòng)阻力的前提下使傳熱得到強(qiáng)化；復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件在插入換熱管后使換熱管的當(dāng)量直徑減小，管內(nèi)流體的平均流速增大，從而強(qiáng)化傳熱；如果元件與換熱管內(nèi)壁接觸緊密，則可增大有效的換熱表面面積。
[0021]復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件的傳熱強(qiáng)化幅度大，綜合性能好，不需改變傳