一種換熱管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種換熱管結(jié)構(gòu)，包括空心的管體，其特征在于，管體設(shè)有三葉導(dǎo)流腔，所述的三葉導(dǎo)流腔等弧度分布，每一葉導(dǎo)流腔間隔2/3π；所述的三葉導(dǎo)流腔沿管體軸向螺旋延伸；所述的每一葉導(dǎo)流腔橫截面的中軸線都偏離管體軸心。三葉導(dǎo)流腔的中軸線偏離了管體軸心，在旋轉(zhuǎn)延伸至長(zhǎng)管形狀。需要換熱的流體在三葉導(dǎo)流腔里面沿管體流動(dòng)，三葉導(dǎo)流腔增大了流體與換熱管的接觸面。同時(shí)三葉導(dǎo)流腔的橫截面是非對(duì)稱性的，使得換熱區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)發(fā)生嚴(yán)重的偏向，形成管內(nèi)更強(qiáng)烈的二次流，使得傳熱性能得到提升。
【專利說明】
一種換熱管結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱管結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種非對(duì)稱的三葉換熱管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源的日益匱乏，能源的高效利用已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)，熱能，作為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中利用最多能源的種類，其高效利用顯得尤為重要。目前，熱能的利用中，絕大部分都是通過換熱設(shè)備以熱量在不同介質(zhì)間傳遞與交換的方式加以利用，因而換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)直接決定了其熱能的利用率。換熱管，是換熱設(shè)備的核心部件之一，其換熱效率直接決定了換熱設(shè)備的換熱效率。為了提高換熱設(shè)備的換熱效率，人們對(duì)換熱管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多種設(shè)計(jì)，由最初的光滑圓管，到翅片管，再到螺紋管和螺旋槽管，換熱管的換熱系數(shù)得到了不斷的提升，然而，上述螺紋管或螺旋槽管結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面凹凸不平的結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生回流或流體滯留區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)域換熱效果較差，流動(dòng)阻力較大等問題。另一方面，管內(nèi)滯留區(qū)容易產(chǎn)生污垢，使得換熱管在使用一段時(shí)間后換熱效果顯著下降，限制了其他工質(zhì)(如污水)的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在給出一種換熱性能更好的換熱管結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明所述的換熱管結(jié)構(gòu)，包括管體，其特征在于，所述管體壁面沿管體軸向螺旋延伸，管體的橫截面內(nèi)側(cè)呈三葉形狀，所述三葉形狀由三個(gè)相同橢圓形葉片構(gòu)成，三個(gè)橢圓形葉片的一端相交、另一端向外伸展，相對(duì)于管體軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，相鄰兩個(gè)橢圓形葉片之間通過倒圓角光順連接;各橢圓形葉片的長(zhǎng)軸線均與管體軸心相偏離。
[0005]本發(fā)明所述的一種換熱管結(jié)構(gòu)，其換熱管的管體壁面內(nèi)部形成了非對(duì)稱的螺旋狀的三葉形內(nèi)腔。流體流經(jīng)管腔換熱時(shí)，三葉形內(nèi)腔不僅增大了流體與換熱管的接觸面，同時(shí)非對(duì)稱性的螺旋狀三葉形內(nèi)腔還能使管內(nèi)流體形成旋流外，在管壁附近形成了小漩渦，從而增加截面徑向和切向的速度，而且非對(duì)稱性的三葉形內(nèi)腔還能使得換熱區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)發(fā)生一定的偏向，形成更加強(qiáng)烈的二次流，從而使得換熱管的傳熱性能進(jìn)一步的得到提升。
[0006]所述管體壁面可沿管體軸向順時(shí)針方向螺旋延伸;也可以沿管體軸向逆時(shí)針方向螺旋延伸。在不同螺旋方向換熱管中，順時(shí)針方向螺旋比逆時(shí)針方向螺旋的傳熱性能相差不大。
[0007]
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明換熱管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明換熱管的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]—種換熱管結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示，換熱管管體5的壁面沿管體軸向螺旋延伸，管體的橫截面內(nèi)呈三葉形狀I(lǐng)，所述三葉形狀由三個(gè)相同橢圓形葉片11、12、13構(gòu)成，三個(gè)橢圓形葉片的一端相交、另一端向外伸展，相對(duì)于管體軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，相鄰兩個(gè)橢圓形葉片之間通過倒圓角2光順連接;各橢圓形葉片的長(zhǎng)軸線3均與管體軸心4相偏離且距離相等。
[0011]三葉形狀I(lǐng)管體橫截面，在外側(cè)三個(gè)橢圓形葉片均與同一外接圓42相切，在內(nèi)側(cè)連接各橢圓形葉片之間的倒圓角2的圓弧同時(shí)與同一內(nèi)接圓41相切。
[0012]所述管體壁面可沿管體軸向順時(shí)針方向螺旋延伸;也可以沿管體軸向逆時(shí)針方向螺旋延伸。其扭矩以50-250mm為佳。
[0013]各葉片的橢圓形的長(zhǎng)短軸比例限制在1:1.5至1: 1.8之間，管體橫截面的三葉形狀I(lǐng)的外接圓42和內(nèi)接圓41的直徑比例限制在1: 1.8至1:2.3之間。
[0014]所述的換熱管結(jié)構(gòu)，可以采用順時(shí)針螺旋或者逆時(shí)針螺旋，旋轉(zhuǎn)扭曲的角度控制在5°?30°為宜。
[0015]實(shí)施例1
一種本發(fā)明所述的換熱管結(jié)構(gòu)，管體沿軸向順時(shí)針方向螺旋延伸，管截面為上述三葉形狀，扭距S為200mm，倒圓角半徑為2.5mm，扭曲傾角10°，內(nèi)接圓直徑10mm，夕卜接圓直徑
22.2 mm，三葉橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度14.7 mm，三葉橢圓短軸長(zhǎng)度8mm，橢圓形葉片的長(zhǎng)軸線均與管體軸心4相偏離距離6.16 mm。
[0016]用上述換熱管，對(duì)換熱管管內(nèi)傳熱性能進(jìn)行模擬計(jì)算。模型建立和網(wǎng)格劃分在Gambit 2.3中完成，而控制方程的求解使用Fluent 6.3。綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度，數(shù)值模擬采用周期性的邊界條件。采用SST k-ω湍流模型。為了提高計(jì)算效率，模擬時(shí)做了如下的簡(jiǎn)化假設(shè):(I)流體的熱物性假設(shè)為常數(shù)；(2)計(jì)算區(qū)域?yàn)椴豢蓧嚎s穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；(3)忽略自然對(duì)流和熱輻射的影響。近壁區(qū)的網(wǎng)格需要加密并使y+小于I以提高計(jì)算的精度。速度和壓力的耦合采用SMPLE算法，對(duì)流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)的離散采用二階迎風(fēng)格式。壁面設(shè)定為恒熱流。計(jì)算收斂標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定為流動(dòng)方程殘差小于10—5，能量方程殘差小于10—8。經(jīng)計(jì)算，得到所述換熱管的傳熱系數(shù)為2330?7070W/(m2K)。
[0017]實(shí)施例2
除管體沿軸向逆時(shí)針方向螺旋延伸，其余與實(shí)施例1同。按實(shí)施例1的模擬方法進(jìn)行計(jì)算，得到所述換熱管的對(duì)流傳熱系數(shù)為2280?7021 ff/(m2K)。
[0018]對(duì)比例I
采用普通的橢圓扭曲換熱管，參數(shù)為長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為22.2_，短軸長(zhǎng)度為17.5_，按上述相同模擬方法進(jìn)行計(jì)算，得到換熱管的對(duì)流換熱系數(shù)為1050?3567W/m2K。
[0019]對(duì)比例2
采用普通圓管，管徑為20_，通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算得到普通圓管的對(duì)流傳熱系數(shù)為750?3330W/(m2K)。
[0020]對(duì)比實(shí)施例1、2，對(duì)比例1、2，實(shí)施例1和實(shí)施例2，
實(shí)施例1和實(shí)施例2，兩種不同旋向的非對(duì)稱三葉換熱管，其對(duì)流換熱系數(shù)比對(duì)比例I普通橢圓扭曲換熱管提高了 96.8%?122.4%。
[0021]實(shí)施例1和實(shí)施例2，兩種不同旋向的非對(duì)稱三葉換熱管，其對(duì)流換熱系數(shù)是對(duì)比例2普通圓管的2.1?3.0倍。
[0022]順時(shí)針方向螺旋與逆時(shí)針方向螺旋的換熱性能相差不大。該管型換熱效率得到了一定的提升，而壓降提升不大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種換熱管結(jié)構(gòu)，包括管體，其特征在于，所述管體壁面沿管體軸向螺旋延伸，管體的橫截面內(nèi)側(cè)呈三葉形狀，所述三葉形狀由三個(gè)相同橢圓形葉片構(gòu)成，三個(gè)橢圓形葉片的一端相交、另一端向外伸展，相對(duì)于管體軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，相鄰兩個(gè)橢圓形葉片之間通過倒圓角光順連接;各橢圓形葉片的長(zhǎng)軸線均與管體軸心相偏離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管結(jié)構(gòu)，其特征在于，導(dǎo)流腔的外接圓與內(nèi)接圓的直徑比為1:1.8至1:2.3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的橢圓形長(zhǎng)短軸比為1:1.5至1:1.8。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的換熱管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管體壁面沿管體軸向螺旋延伸的螺距為50?250mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的換熱管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管體壁面沿管體軸向順時(shí)針方向螺旋延伸。
【文檔編號(hào)】F28F1/06GK106017186SQ201610538702
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】戴險(xiǎn)峰
【申請(qǐng)人】廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院