一种减少弯管管内流动阻力的结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种减少弯管管内流动阻力的结构，特别是换热器进出口管子弯头内壁面的结构。
【背景技术】
[0002]流体流动过程中，弯头是产生流动阻力(特别是局部阻力)的主要原因，工程中往往由于流道布置需要导致弯头不可避免；特别是对于内流体换热器而言，扭曲流道是强化传热的主要措施之一。众多研究表明，诸多强化传热的技术措施均可能造成流动阻力的增加，如增加管内流速强化传热则势必增加流阻、换热器内翅片扭曲等措施在增加扰流强化换热的同时，也在一定程度上增加了流动阻力。如何有效减少进出换热器弯管处的局部流动阻力以及换热器内部扭曲流道的流动阻力是强化换热器传热效能的重要前提保障。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题:提供一种减少弯管管内流动阻的结构及方法。有效减少进出换热器弯管以及换热器内扭曲流道的流动阻力，以保证许多强化传热技术措施的顺利实施，即在增加传热效果的同时保证不增加流动阻力或者有效减少流动阻力的增加。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种减少弯管管内流动阻力的结构，其特征在于:所述弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构。
[0005]换热器内设扭曲翅片，扭曲翅片形成扭曲流道的弯曲处表面设有褶皱结构。
[0006]所述褶皱结构为细小的沙丘形褶皱。
[0007]—种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:在弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构。
[0008]进一步地，所述褶皱结构为诸多细小的沙丘形褶皱。
[0009]进一步地，采用腐蚀或贴膜方法，实现弯管内壁褶皱的生成。
[0010]进一步地，在换热器内的扭曲翅片形成扭曲流道的弯曲处表面设有褶皱结构。
[0011]进一步地，在扭曲翅片成型前，采用冲压压制方法，实现对换热器内部采用的扭曲翅片基材表面褶皱的生成。
[0012]本发明具有以下有益效果:提供了减少换热器内流体流动阻力的结构设计，从而可以保证在增加流体流速以强化传热性能的同时，不引起流动阻力的增加；为强化传热技术保驾护航，减少流阻损耗；本发明设计的褶皱结构不仅可以应用在换热器的进出口弯管管道内壁、换热器主体内的扭曲翅片表面，还可以应用在类似有流体流动且存在弯头或扭曲流道、需减少流动阻力的工作环境中，尤其是对于存在较多弯头等局部阻力较大之处的情况更为有利。
【附图说明】
[0013]图1为沙丘褶皱结构示意图；
图2为换热器进出口管道以及换热器主体；
图3扭曲翅片结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]图1中圈起处为弯头处的微观沙丘褶皱结构示意图。
[0015]图2中1为换热器进口管道，2为换热器出口管道，3为换热器主体，4为换热器内部扭曲翅片，5、6分别为进出口弯头，流体流动方向如图中箭头方向所示，P和T分别表示进出口流体的温度和压力测量仪表。
[0016]在本发明的技术方案中，实施对象主要包括进出口弯管管道以及换热器主体内部布置的扭曲翅片，如图2所示。其中流体流动方向如图中箭头所示，扭曲翅片构成换热器内部扭曲流道，扭曲翅片结构形式如图3所示。
[0017]换热器本身的结构类型及工作模式保持不变，只需改变流体进出换热器的弯管内壁的褶皱结构和换热器内部扭曲翅片表面的褶皱结构。技术要点:弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构，扭曲翅片形成扭曲流道的弯曲处表面设有褶皱结构。褶皱结构为诸多细小的沙丘形褶皱。本发明采用贴膜或者腐蚀的方法，在流体流动弯管弯头处内壁表面生成如图1所示的沙丘形褶皱结构；在翅片成型前，采用冲压压制的方法，在翅片基材表面生成沙丘形褶皱结构；需要注意翅片扭曲尺度、流体流动方向与褶皱结构方向的一致性。沙丘形褶皱结构尺寸微小且与弯头性状相关联，而且褶皱结构应配合流体的流动方向和翅片需要扭曲的程度。以实现在不增加流动阻力的情况下，通过增加流体流动速度来强化传热的效果。
[0018]进出换热器的弯管内壁表面设计沙丘褶皱结构，即诸多细小的沙丘形褶皱，流体流过这些褶皱时，构建流线化流型、减少弯头流动损失。对于换热器内的扭曲翅片表面同样可以设计类似的褶皱结构，从而起到减少换热器内流动阻力的效果。
[0019]本发明所采用的结构设计可以应用于任何存在弯头的流道或扭曲腔体内流体流动的情况，主要是依赖于流体流过沙丘褶皱形成的微观涡流来构建流型从而减少弯头处流体的流动阻力。其不同于以往减少流动阻力的技术措施，改变了只依赖光滑表面减少阻力的方法，在某些存在弯头或扭曲流道的流动传热场合下，利用不光顺的微观表面结构构建流型同样可以起到减少流动阻力的效果。拓展了以往减少弯头以及减小流速以减少流阻的方法。
[0020]本发明方法主要应用于换热器热力性能的提升，即流动阻力减少和传热效能的提升方面。效果对比实验如下:
首先，第一步:将换热器主体(3)与进口管道(1)和出口管道(2)连接，此时管内壁面和翅片表面比较光滑，无褶皱结构，调节进口管道内流速，测量流体流经管道和换热器主体后的流动阻力损失；
第二步:进出口管道和换热器内的翅片均具有沙丘形褶皱结构，再次调节进口管内流速，测量流体流动阻力损失。
[0021]比较光滑内壁面以及具有沙丘褶皱结构两种情况下的流体流动阻力损失数据，gp可分析沙丘褶皱结构对于减小流体流动阻力方面的影响作用。如图2所示结构的实验装置，换热器内流动介质是纯水且入口速度为lOm/s时，其他条件保持不变，光滑内壁面以及沙丘褶皱结构这两种情况下，所得流动阻力分别为0.24atm和0.195atm。从以上实验对比可知，具有沙丘形褶皱结构的管道流动阻力较小。
【主权项】
1.一种减少弯管管内流动阻力的结构，其特征在于:所述弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构。2.如权利要求1所述的一种减少弯管管内流动阻力的结构，其特征在于:换热器内设扭曲翅片，扭曲翅片形成扭曲流道的弯曲处表面设有褶皱结构。3.如权利要求1或2所述的一种减少弯管管内流动阻力的结构，其特征在于:所述褶皱结构为细小的沙丘形褶皱。4.一种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:在弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构。5.如权利要求4一种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:所述褶皱结构为诸多细小的沙丘形褶皱。6.如权利要求4所述的一种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:采用腐蚀或贴膜方法，实现弯管内壁褶皱的生成。7.如权利要求4所述的一种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:在换热器内的扭曲翅片形成扭曲流道的弯曲处表面设有褶皱结构。8.如权利要求7所述的一种减少弯管管内流动阻力的方法，其特征在于:在扭曲翅片成型前，采用冲压压制方法，实现对换热器内部采用的扭曲翅片基材表面褶皱的生成。
【专利摘要】一种减少弯管管内流动阻力的结构，其特征在于：所述弯管管道的弯头处内壁表面设有褶皱结构。本发明具有以下有益效果：提供了减少换热器内流体流动阻力的结构设计，从而可以保证在增加流体流速以强化传热性能的同时，不引起流动阻力的增加；为强化传热技术保驾护航，减少流阻损耗；本发明设计的褶皱结构不仅可以应用在换热器的进出口弯管管道内壁、换热器主体内的扭曲翅片表面，还可以应用在类似有流体流动且存在弯头或扭曲流道、需减少流动阻力的工作环境中，尤其是对于存在较多弯头等局部阻力较大之处的情况更为有利。
【IPC分类】F28F13/12, F28F13/02
【公开号】CN105277041
【申请号】CN201510787700
【发明人】肖宝兰, 张宇, 吴伟明, 孙树礼, 吕震
【申请人】浙江大学城市学院
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月17日