專利名稱：一種內(nèi)分液罩式冷凝換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于強(qiáng)化傳熱技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高管內(nèi)冷凝相變換熱效率的內(nèi)分液罩式冷凝換熱管。
背景技術(shù)：
冷凝相變換熱器(即冷凝器)由于相變傳熱的高效性廣泛應(yīng)用在制冷、空調(diào)、發(fā)電、石化等領(lǐng)域。在一些應(yīng)用場合，比如利用低品位熱源驅(qū)動ORC循環(huán)中需要盡量降低朗肯循環(huán)中冷凝器內(nèi)的溫度和壓力，使得冷凝器在小溫差(管內(nèi)有機(jī)工質(zhì)與管外空氣或冷卻水溫差小)驅(qū)動下工作，導(dǎo)致?lián)Q熱面積的增大及投資成本的提高。同時在制冷、空調(diào)、石化等領(lǐng)域，進(jìn)一步提高冷凝換熱效率，能夠大幅度降低成本，具有顯著的降級效益和社會效益。 這為高效冷凝器的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行提出了重大需求。冷凝相變是兩相流學(xué)科中一個重要的相變過程，管內(nèi)的冷凝過程從汽態(tài)到冷凝液態(tài)的不斷演變過程中氣液的含量逐漸變化，使得從全汽態(tài)到全液態(tài)過程中呈現(xiàn)了濕蒸汽流、環(huán)狀流、分層流、彈狀流、塞狀流、泡狀流等不同流型。同時，由于冷凝液的不斷出現(xiàn)和集聚，液體在冷凝管內(nèi)從開始的小液滴逐漸形成壁面薄液膜、壁面厚液膜到液橋最后到全液狀態(tài)。如果說環(huán)狀流時壁面冷凝液薄液膜的形成，增大了汽固之間的換熱系數(shù)；那這種同時具有一定熱阻的液膜必定存在最佳厚度值。根據(jù)國內(nèi)外研究學(xué)者報(bào)道，并已達(dá)成共識，薄液膜狀態(tài)的環(huán)狀流具有最高的傳熱效率，即在整個冷凝過程中隨著流型從環(huán)狀流轉(zhuǎn)變到分層流、彈狀流、塞狀流，液膜在壁面由薄液膜聚集到厚液膜甚至到液橋狀態(tài)，其液膜熱阻顯著增加，從而導(dǎo)致冷凝過程傳熱系數(shù)逐漸降低、傳熱效果明顯惡化的現(xiàn)狀。因此冷凝過程中的流型演變才是冷凝管換熱效率惡化、衰減的根本原因。目前國內(nèi)外強(qiáng)化冷凝換熱方面主要采用各種形式的強(qiáng)化管，如微翅管、凹槽管、 波節(jié)管、及安裝插入物的強(qiáng)化管。從強(qiáng)化效果來講，微翅片管通過增強(qiáng)冷凝液膜的摻混、 引起管內(nèi)流體的擾動，一般比凹槽管的強(qiáng)化效果明顯，能夠?qū)⒐饣艿睦淠齻鳠嵯禂?shù)提高 80-180%。而對于不同傾斜角度的凹槽管，且其強(qiáng)化效果受質(zhì)流速度的影響，質(zhì)速越大、冷凝液導(dǎo)出越快，強(qiáng)化效果越明顯。波節(jié)強(qiáng)化管一般可將光滑管的傳熱系數(shù)提高50% ；另外管內(nèi)插入雙螺旋絲結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化管，亦能顯著強(qiáng)化豎直管內(nèi)冷凝換熱。但目前采用的冷凝強(qiáng)化管，均未能注意到冷凝流型的變化、從流型演變的根本出發(fā)，而只是通過引起旋轉(zhuǎn)流、二次流，使中心流體與管壁流體產(chǎn)生置換，破壞邊界層的發(fā)展，從而強(qiáng)化管內(nèi)冷凝。具有以下共同點(diǎn)(1)內(nèi)壁微細(xì)結(jié)構(gòu)主要改變了近壁區(qū)的流動和傳熱性能，不能從整體上調(diào)控流型。 (2)內(nèi)壁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)雖具有強(qiáng)化效果但并未解決冷凝換熱管管長方向上換熱性能衰減的演變特征。( 強(qiáng)化管增加了制造難度，冷凝器成本增大。2007年，清華大學(xué)相變與界面?zhèn)鬟f實(shí)驗(yàn)室彭曉峰教授(彭曉峰，吳迪，張揚(yáng)，高性能冷凝器技術(shù)原理與實(shí)踐，化工進(jìn)展，2007J6(1) :97-104.)將整個管內(nèi)冷凝近似為薄液膜冷凝，根據(jù)努賽爾層流、膜狀凝結(jié)分析解知冷凝換熱液膜厚度與管長的1/4次方成正比、 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與整個管長的1/4次方成反比，定量的揭示了冷凝傳熱系數(shù)隨換熱管長
3度的增大而衰減的客觀事實(shí)；并利用短管效應(yīng)，舍棄冷凝換熱管后續(xù)低傳熱流型，保留初始過程高傳熱性能流型；同時將短管出口利用重力將汽液分離后得到的汽相再進(jìn)入下一短管繼續(xù)冷凝，使冷凝流型始終維持在環(huán)狀流的方法顯著提高了冷凝換熱管的傳熱效率。其基于對冷凝各流型傳熱性能的認(rèn)識，從冷凝科學(xué)過程的角度強(qiáng)化傳熱；但其出發(fā)點(diǎn)是直接避開傳熱效果差的流型，縮短換熱管長度；同時，利用重力進(jìn)行汽液分離的方法使得冷凝器在不同傾角換熱器下的設(shè)計(jì)必須不同，在微重力條件下的應(yīng)用具有一定局限性。綜上所述，顯著提高冷凝傳熱效率必須從冷凝的科學(xué)過程出發(fā)，調(diào)控流型，才能從根本上提高其換熱性能，解決其沿管長惡化的現(xiàn)狀。本發(fā)明即根據(jù)流型演變過程中液膜增厚、熱阻增大的特征，提出一種有別于彭小峰教授技術(shù)的新型內(nèi)分液罩式冷凝換熱管，及時疏導(dǎo)、分離冷凝液，從而達(dá)到調(diào)控流型、從根本上提高冷凝換熱效率的高效冷凝換熱管。 發(fā)明內(nèi) 容本發(fā)明的目的在于改變傳統(tǒng)強(qiáng)化傳熱方法中流型和傳熱分離的局面，解決冷凝傳熱中沿管長方向形成厚液膜使傳熱惡化的的關(guān)鍵問題，提供了一種有別于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)分液罩式冷凝換熱管，此種冷凝換熱管是基于調(diào)控冷凝傳熱流型以改進(jìn)完整冷凝傳熱流動與傳熱性能的新思想，能夠從冷凝的物理過程出發(fā)，從流型控制出發(fā)，根本上、大幅度提高冷凝相變傳熱的效率。一種內(nèi)分液罩式冷凝換熱管，包括外換熱管，在所述外換熱管腔內(nèi)設(shè)置一個與其同軸的內(nèi)分液罩，內(nèi)分液罩是壁面為多孔結(jié)構(gòu)的中空管，所述多孔結(jié)構(gòu)指壁面上分布有多個微孔或縫隙，所述多個指兩個以上，所述微孔或縫隙的當(dāng)量直徑為山
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)分液罩式冷凝換熱管，包括外換熱管(1)，其特征在于在所述外換熱管(1) 腔內(nèi)設(shè)置一個與其同軸的內(nèi)分液罩O)，內(nèi)分液罩O)是壁面為多孔結(jié)構(gòu)(6)的中空管， 所述多孔結(jié)構(gòu)(6)指壁面上分布有多個微孔或縫隙，所述微孔或縫隙的當(dāng)量直徑為d，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于所述外換熱管(1)是光滑換熱管， 或是具有擴(kuò)展受熱面的換熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷凝換熱管，其特征在于所述具有擴(kuò)展受熱面的換熱管為翅片管、凹槽管或波節(jié)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于所述內(nèi)分液罩(2)分為減阻罩(4) 和主分液罩(5)兩部分，且兩部分均為多孔結(jié)構(gòu)(6)，減阻罩(4)位于靠近冷凝換熱管氣體入口的一側(cè)，減阻罩(4)形狀為中空的圓臺形、圓錐形或其它沿流體流動方向逐漸擴(kuò)張的流線形；減阻罩(4)末端和主分液罩(5)始端相連，主分液罩(5)為圓管形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷凝換熱管，其特征在于冷凝液由主分液罩(5)的末端排出，主分液罩(5)的末端與外換熱管(1)的末端平齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于內(nèi)分液罩(2)采用金屬光管、泡沫金屬管、金屬絲網(wǎng)或多孔陶瓷材料加工而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于所述微孔或縫隙是圓孔、方孔或狹縫，其尺寸為單一尺度或多種尺度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于所述微孔或縫隙的分布形式為均勻、非均勻、平行、交錯或交叉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝換熱管，其特征在于所述外換熱管(1)和所述內(nèi)分液罩⑵之間有支架(3)，支架(3)用以支撐內(nèi)分液罩O)，將內(nèi)分液罩(2)對稱均勻的分布在外換熱管(1)的腔內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷凝換熱管，其特征在于所述支架(3)為多孔結(jié)構(gòu)(6)，多孔結(jié)構(gòu)(6)形成了垂直于冷凝換熱管和平行于冷凝換熱管的兩種通道垂直通道(7)和平行通道(8)，用以抽吸冷凝液至內(nèi)分液罩O)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于強(qiáng)化傳熱技術(shù)領(lǐng)域的一種提高管內(nèi)冷凝相變換熱效率的內(nèi)分液罩式冷凝換熱管。該冷凝換熱管是在普通外換熱管內(nèi)設(shè)置具有微孔或縫隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)分液罩。換熱過程形成的冷凝液通過上述微孔或縫隙，在液體表面張力作用下，被及時抽吸至內(nèi)分液罩，進(jìn)行汽液兩相流分離；冷凝液在內(nèi)分液罩內(nèi)流動并通過內(nèi)分液罩排出換熱管，蒸汽被保留在外換熱管與內(nèi)分液罩的間隙內(nèi)流動，使外換熱管內(nèi)壁最大限度的與蒸汽接觸，并在外換熱管內(nèi)壁面上形成薄液膜，從而提高冷凝傳熱系數(shù)。本發(fā)明從根本上解決了冷凝傳熱中沿管長方向形成厚液膜使傳熱惡化的技術(shù)難題，且不受重力影響，在地面及微重力環(huán)境下都可顯著提高冷凝傳熱系數(shù)。
文檔編號F28F9/00GK102278904SQ20111021487
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者徐進(jìn)良, 王偉, 陳宏霞 申請人:華北電力大學(xué)