內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化冷凝換熱技術(shù)，尤其涉及一種應(yīng)用于能源動(dòng)力、石油化工、航空航天等領(lǐng)域的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管。
【背景技術(shù)】
[0002]冷凝換熱是一種十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象，不僅廣泛應(yīng)用于地面常規(guī)重力條件下的眾多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如新能源及可再生能源等低品位能源的熱利用，而且隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，冷凝換熱在月球與火星表面小重力環(huán)境和空間微重力環(huán)境下的熱控系統(tǒng)中也有很多重要應(yīng)用。
[0003]強(qiáng)化管內(nèi)冷凝換熱主要有兩種有效的方法。第一種是各種類型低肋管，如內(nèi)螺紋管、人字形內(nèi)肋管、交叉溝槽管和交錯(cuò)內(nèi)肋管等。這些低肋管強(qiáng)化冷凝換熱的機(jī)理是:1)增加了換熱面積；2)利用內(nèi)壁面微細(xì)結(jié)構(gòu)引起了旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，破壞了邊界層的發(fā)展，促進(jìn)了近壁區(qū)和主流區(qū)內(nèi)液體的交混；3)內(nèi)壁面微細(xì)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的表面張力促使液膜變薄。對(duì)于這類強(qiáng)化管，由于無法排走附著在強(qiáng)化管壁面的冷凝液體，因此無法從根本上實(shí)現(xiàn)流型與傳熱的協(xié)同，繼而冷凝效果受到一定限制。第二種是采用非能動(dòng)結(jié)構(gòu)調(diào)控兩相流型，實(shí)現(xiàn)流型與傳熱的協(xié)同，從而起到強(qiáng)化冷凝換熱的作用?；谶@種思想，專利ZL200610113304提出了一種分液式空氣冷凝器，通過在流程轉(zhuǎn)換之間設(shè)置汽液分離裝置來排除積聚在壁面上的冷凝液體，從而從根本上舍棄了低傳熱流型，始終維持高傳熱流型，進(jìn)而獲得較高的傳熱系數(shù)。這種裝置需要依靠重力來實(shí)現(xiàn)汽相和液相的分離，因此在小重力和微重力條件下其應(yīng)用受到了限制。專利ZL2011102148777提出了一種內(nèi)分液罩式冷凝換熱管，通過微孔或縫隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)分液罩實(shí)現(xiàn)了流型調(diào)控的作用，從而達(dá)到強(qiáng)化冷凝換熱的目的。該結(jié)構(gòu)僅依靠表面張力完成流型調(diào)控過程，因此完全適用于不同重力條件，但文獻(xiàn)[Chen Q C, Xu J L, SunD L.The bubble leakage mechanism for vertical upflows by the phase separat1nconcept.Chinese Science Bulletin，2014，59 (21): 2638-2646]指出當(dāng)汽體體積份額較高時(shí)，汽體容易漏入內(nèi)分液罩內(nèi)部，導(dǎo)致冷凝換熱效率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種適用于不同重力條件，且可調(diào)控兩相流型的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，包括外部基管、內(nèi)部芯管，所述外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置有多個(gè)翅片，相鄰翅片之間在外部基管與內(nèi)部芯管之間形成了三角型微小通道。
[0007]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，由于外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置有多個(gè)翅片，相鄰翅片之間在外部基管與內(nèi)部芯管之間形成了三角型微小通道，在冷凝換熱過程中，由于表面張力的作用，蒸汽趨于向外管壁面流動(dòng)，而液體趨于向外管中心流動(dòng)，形成了全新的“汽在管壁，液在中心”的分布模式，流型與傳熱達(dá)到了協(xié)同，液膜厚度減小，從而起到強(qiáng)化冷凝換熱的目的；另一方面由于布置了多個(gè)翅片，極大地增加了管內(nèi)的傳熱面積，同樣起到強(qiáng)化冷凝換熱的目的。可以適用于不同重力條件，包括地面常規(guī)重力、小重力和微重力環(huán)境。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0010]圖3為圖2的B-B剖視圖；
[0011]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中普通冷凝光管橫截面上的汽液分布圖；
[0012]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管橫截面上的汽液分布圖。
[0013]圖中標(biāo)號(hào):
[0014]1-外部基管；2_內(nèi)部芯管；3_翅片；4_三角形微小通道。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0016]本發(fā)明的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0017]包括外部基管、內(nèi)部芯管，所述外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置有多個(gè)翅片，相鄰翅片之間在外部基管與內(nèi)部芯管之間形成了三角型微小通道。
[0018]所述外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置的翅片為15?30個(gè)，翅片之間形成的三角型微小通道為15?30個(gè)。
[0019]所述三角型微小通道的頂角為12°?24°，底角為90°。
[0020]所述內(nèi)部芯管為實(shí)心結(jié)構(gòu)或?yàn)閮啥硕氯目招墓艿馈?br>[0021]本發(fā)明的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，三角形微小通道的頂角位于內(nèi)部芯管處，角度很小；兩個(gè)底角位于外部基管處，角度較大。該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化冷凝換熱機(jī)理為:一方面，在冷凝換熱過程中，由于表面張力的作用，蒸汽趨于向外管壁面流動(dòng)，而液體趨于向外管中心流動(dòng)，形成了全新的“汽在管壁，液在中心”的分布模式，流型與傳熱達(dá)到了協(xié)同，液膜厚度減小，從而起到強(qiáng)化冷凝換熱的目的；另一方面由于布置了多個(gè)翅片，極大地增加了管內(nèi)的傳熱面積，同樣起到強(qiáng)化冷凝換熱的目的。
[0022]本發(fā)明的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，一方面可以調(diào)控兩相流型和增加管內(nèi)傳熱面積，從而達(dá)到強(qiáng)化冷凝換熱的目的；另一方面可以適用于不同重力條件，包括地面常規(guī)重力、小重力和微重力環(huán)境。
[0023]本發(fā)明僅依靠表面張力完成流型調(diào)控過程，因此完全適用于不同重力條件。
[0024]具體實(shí)施例:
[0025]參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明包括外部基管I ;實(shí)心或兩端堵塞的空心內(nèi)部芯管2 ;外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置的15?30個(gè)翅片3 ;由于沿徑向布置了多個(gè)翅片，使得冷凝管內(nèi)形成了 15?30個(gè)三角型微小通道4，其頂角α約為12°?24°，底角β為90。。
[0026]參見圖4，為普通冷凝光管橫截面上的汽液分布圖。通常普通冷凝光管呈現(xiàn)“汽在中心，液在壁面”的分布模式，集聚在壁面的厚液膜阻礙了傳熱，流型與傳熱協(xié)同性較差。特別在小重力和微重力環(huán)境下，重力效應(yīng)減弱，浮升力減小，流動(dòng)趨向于液體貼壁的軸對(duì)稱流型，較厚的液膜會(huì)惡化蒸汽與管壁間的換熱，大大降低冷凝換熱系數(shù)。
[0027]參見圖5，為內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管橫截面上的汽液分布圖。三角形微小通道4的頂角較小，約為12°?24°，該處汽液界面的表面張力較大，在表面張力的作用下驅(qū)使蒸汽向外管壁面流動(dòng)，而液體向外管中心處流動(dòng)，形成了全新的“汽在管壁，液在中心”的分布模式，如圖5所示，流型與傳熱達(dá)到了協(xié)同，液膜厚度大幅減小，從而起到強(qiáng)化冷凝換熱的目的。內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管內(nèi)布置了 15?30個(gè)翅片3，換熱面積比普通冷凝光管增加了 5?10倍，同樣起到了強(qiáng)化冷凝換熱的目的。該發(fā)明僅依靠表面張力完成流型調(diào)控過程，因此完全適用于不同重力條件。
[0028]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，其特征在于，包括外部基管(I)、內(nèi)部芯管(2)，所述外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置有多個(gè)翅片(3)，相鄰翅片之間在外部基管與內(nèi)部芯管之間形成了三角型微小通道(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，其特征在于，所述外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置的翅片為15?30個(gè)，翅片之間形成的三角型微小通道為15?30個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，其特征在于，所述三角型微小通道的頂角為12°?24°，底角為90°。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，其特征在于，所述內(nèi)部芯管為實(shí)心結(jié)構(gòu)或?yàn)閮啥硕氯目招墓艿馈?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)置三角形微小通道的強(qiáng)化冷凝管，包括外部基管、內(nèi)部芯管，外部基管與內(nèi)部芯管之間沿徑向布置的翅片為15～30個(gè)，翅片之間形成15～30個(gè)三角型微小通道。三角型微小通道的頂角為12°～24°，底角為90°。內(nèi)部芯管為實(shí)心結(jié)構(gòu)或?yàn)閮啥硕氯目招墓艿?。一方面可以調(diào)控兩相流型和增加管內(nèi)傳熱面積，從而達(dá)到強(qiáng)化冷凝換熱的目的；另一方面可以適用于不同重力條件，包括地面常規(guī)重力、小重力和微重力環(huán)境。
【IPC分類】F28F1/00
【公開號(hào)】CN105157462
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510614168
【發(fā)明人】孫東亮, 于帥, 申琳倩, 宇波, 侯燕, 鄒玉
【申請(qǐng)人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日