專利名稱：球面形凹凸換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一般熱交換器制造技術(shù)，特別是換熱管的制造。
眾所周知，影響單相流體對流換熱強度最主要的因素是層流底層，常采用減薄層流底層的厚度同時增加流體的紊流強度等方法強化單相流體的對流傳熱。因而，在傳統(tǒng)的管束式換熱器中，通過采取改變換熱管截面形狀、改善邊界層中換熱工況以及增加管壁粗糙度等手段進行強化傳熱。例如，將傳統(tǒng)的光滑換熱管加工成外肋管、螺紋管、橫紋管、交叉螺紋管等，但它們有的使制作、安裝不便；有的在組成折流板式、折流桿式、弓形區(qū)或中央?yún)^(qū)不布管式等傳統(tǒng)的管殼式換熱器中未能很好地發(fā)揮出其強化傳熱的作用。
本實用新型的目的是提供一種新型強化傳熱換熱管，它不但能有效地提高換熱管管內(nèi)外的對流傳熱系數(shù)，而且流體流動阻力低、制造簡單、節(jié)約能耗，還能減緩換熱器內(nèi)流體流動產(chǎn)生的誘導(dǎo)振動、減緩結(jié)垢速率、延長換熱器的使用壽命和維修及清洗周期，尤其在組裝折流板式、折流桿式、弓形區(qū)或中央不布管式等傳統(tǒng)的管殼式換熱器中能發(fā)揮出其強化換熱的作用，制作出管殼式高效節(jié)能換熱器。
本實用新型強化傳熱換熱管與現(xiàn)有換熱管的不同點是在光滑換熱管外壁面碾壓出球面形的凹坑(附圖
)，管外壁球面形凹坑深e與換熱管直徑d之比等于0.01～0.10、凹坑間距s與換熱管直徑d之比等于0.05～1.50，按順列或叉列排列成等腰三角形、不等邊三角形、正三角形、正方形或螺旋形。碾壓加工后，由于管材的塑性變形，球面形凹凸面與管壁面成圓弧過渡，形成原光滑換熱管外壁面布滿球面形凹坑，管內(nèi)壁則是對應(yīng)于外壁球面形凹坑的球面形凸面這樣一種特殊結(jié)構(gòu)的粗糙表面。
應(yīng)用球面形凹凸換熱管組裝成管殼式換熱器，當(dāng)管外流體橫向或縱向沖刷球面形凹凸換熱管時，管外壁的球面形凹坑使流體沿管子同一圓周上各個角度的速度分布不均勻，流體流動的方向沿球面形凹坑發(fā)生變化，使流體產(chǎn)生邊界層分離、漩渦以及二次流效應(yīng)和三維流動，加強了紊流強度大的流體和紊流強度小的流體之間的動量變化。管內(nèi)的流體在管內(nèi)壁面球面形凸面的作用下，產(chǎn)生沿球面形凸面的分流和沿球面形凸面表面的繞流，破壞了流體流動的邊界層。因而，應(yīng)用球面形凹凸換熱管進行單相流體對流傳熱有下列優(yōu)點1.球面形凹凸換熱管管外壁為球面形凹坑，管內(nèi)壁為對應(yīng)的球面形凸面，可同時使管內(nèi)外低雷諾準數(shù)Re流體產(chǎn)生紊流流動，強化了管內(nèi)外流體的對流傳熱，降低了結(jié)垢的速率。
2.球面形凹凸換熱管不象外肋管那樣增加管子的周向尺寸，可方便地應(yīng)用于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器，從而使換熱管束布置緊湊，組成緊湊式換熱器。
3.球面形凹凸換熱管一般可使管殼式換熱器管程和殼程傳熱綜合經(jīng)濟指標，管程(或殼程)的傳熱分系數(shù)αi與管程(或殼程)阻力降值Δpi之比比光滑換熱管提高20％～80％。
4.球面形凹凸換熱管加工制作簡單，成本低，且由于在原來光滑換熱管管壁上碾壓加工出球面形凹凸，增加了管子的剛度，降低了流體流動產(chǎn)生的誘導(dǎo)振動，延長了換熱管的使用壽命。
附圖為球面形凹凸換熱管示意圖。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的在鋁、銅、鋼、鈦、不銹鋼等材料制造的光滑換熱管上，預(yù)留出略大于換熱管板厚度的光滑管段，以用于與換熱器管板聯(lián)接。然后在機床上，利用帶有Φ5～30mm球面凸臺的滾扎頭，在光滑換熱管外壁碾壓出管外壁球面形凹坑深e與換熱管直徑d之比等于0.01～0.10、凹坑間距s與換熱管直徑d之比等于0.05～1.50，成等腰三角形、不等邊三角形、正三角形、正方形或螺旋形排列的球面形凹坑，管內(nèi)壁則形成與管外壁面球面形凹坑對應(yīng)的球面形凸面這樣一種特殊結(jié)構(gòu)的粗糙表面。
以下結(jié)合附圖所示的實例說明取一根Φ25×2mm、長6000mm、材質(zhì)為20號優(yōu)質(zhì)碳素鋼的光滑換熱管，在兩頭預(yù)留出50mm長的光滑換熱管段。在機床上，用特制的帶有Φ15mm的球形凸頭的滾扎頭，通過調(diào)節(jié)滾扎頭的橫向進給量和縱向軋制速度，在光滑換熱管管長5900mm的區(qū)間，碾壓出深1 mm的球面形凹坑。管的每一橫截面上排列4個球面形凹坑，每相隔10mm的兩個截面上的球面形凹坑相錯45°。在管外壁形成等腰三角形排列的球面形凹坑，管內(nèi)表面則由于管材的塑性變形，被碾壓出與管外壁球面形凹坑對應(yīng)的球面形凸面。在管長5900mm有效區(qū)域內(nèi)連續(xù)加工，就制成了本實用新型-球面形凹凸換熱管。
球面形凹凸換熱管能有效地強化換熱管管內(nèi)外的對流傳熱系數(shù)、流體流動阻力低，將其應(yīng)用于折流板式、折流桿式、弓形區(qū)或中央?yún)^(qū)不布管式等傳統(tǒng)的管殼式換熱器中，可比應(yīng)用光滑換熱管的同類換熱器節(jié)省傳熱面積25％以上，因而可制作出管殼式高效節(jié)能換熱器。
權(quán)利要求1.球面形凹凸換熱管涉及一般熱交換器制造技術(shù)，特別涉及換熱管的制造領(lǐng)域，它是由不同材料的金屬管材構(gòu)成的利用管壁進行熱傳導(dǎo)的管狀熱交換裝置，其特征在于換熱管外壁面為按一定順序排列的球面形凹坑，內(nèi)壁面為與外壁球面形凹坑對應(yīng)的球面形凸面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面形凹凸換熱管，管外壁球面形凹坑深e與換熱管直徑d之比等于0.01～0.10、凹坑間距s與換熱管直徑d之比等于0.05～1.50，球面形凹坑在管壁面呈等腰三角形、不等邊三角形、正三角形、正方形或螺旋形排列。
專利摘要球面形凹凸換熱管是一種新型強化傳熱換熱管,是在原有光滑換熱管管壁碾壓出球面形凹凸而成的。本實用新型不但能有效地提高換熱管管內(nèi)外的傳熱系數(shù),而且流體流動阻力低、制造簡單、節(jié)約能耗,還能減緩換熱器內(nèi)流體流動產(chǎn)生的誘導(dǎo)振動、延長換熱器的使用壽命和維修及清洗周期。能廣泛地應(yīng)用于制造管殼式高效節(jié)能換熱器。
文檔編號F28F1/10GK2293790SQ96235149
公開日1998年10月7日 申請日期1996年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
發(fā)明者劉吉普, 文美純, 陳資濱 申請人:湘潭大學(xué)