专利名称：强化换热管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种强化换热管，特别涉及一种应用于能源、动力、石油、化工等领域中高粘性流体冷却器(如油冷却器)、加热器或空气压缩机中冷器中的强化换热管。
背景技术：
在高粘性流体冷却器、加热器或空气压缩机中冷器中，为了增强管内的换热，在管内安装内翅片，以增大换热面积，减小流体的热阻。但是目前所使用的光管中，由于沿着流体流动的方向，流体在翅片表面形成的边界层会逐渐增厚，使速度和温度梯度的协同性变差，从而会使传热性能下降。为了进一步提高翅片管换热器的传热性能，采用了强化换热性能更好内翅片管。纵向内翅片管是其中一种比较有效的强化换热方式。至今有许多文献和专利对纵向内翅片管进行了研究。专利98218591.X提出了一种双金属复合波纹翅片管，其在基管和套管上都加工有波纹翅片。专利96213973.4提出了一种纵向内翅片管，内翅片为“U”形板状翅片或平板形翅片。文献[Camavos T C.Heattransfer performance of internally finned tubes in turbulent flow.Heat TransferEngineering，1980，1(4)32-37]研究了纵向螺旋形内翅管的换热性能；文献[SaidM N A.Predictions of turbulent flow and heat transfer in internally finned tubes.Chemical Engineering Progress，1984，31(1-6)65-69]研究的内翅片形状则为梯形状；文献[Campo Antonio，Morales Juan C.Analytical/numerical prediction of thethree-dimensional temperature variation in tubes having streamwise internal fins.Numerical Heat Transfer，A，1993，23(3)319-339]和文献[Alam Iftakhar，Ghoshdastidar P S.A study of heat transfer effectiveness of circular tubes withinternal longitudinal fins having tapered lateral profiles，Int J of Heat Mass Transfer，2002，45(6)1371-1376]研究了未堵塞内翅片管内的传热性能；[Yu B，Nie J H，Wang Q W，Tao W Q.Experimental study on the pressure drop and heat transfercharacteristics of tubes with internal wave-like longitudinal fins.Heat and Transfer，1999，35(1)65-73]、[Yu B，Tao W Q.Pressure drop and heat transfercharacteristics of turbulent flow in annual tubes with internal wave-like longitudinalfins，Heat and Mass Transfer，2004，40643-651]提出了一种两端堵塞的带有纵向波纹的内翅片管，且对其传热和阻力特性进行实验研究，相同质量流量、相同泵功、相同压降下中心堵塞纵向波纹内翅片管比对应光管的面积增加8-10倍，但其传热效果还有待进一步提高。场协同原理及在该原理的指导下利用数值计算方法进行强化表面的开发见文献[Guo Z Y，Li D Y，Wang B X.Anovel concept for convective heat transfer enhancement.Int J HeatTransfer，1998，412221-2225]，[Wang S，Li Z X，Guo Z Y.Novel concept anddevice of heat transfer augmentation.InProceedings of 11# InternationalConference of Heat Transfer，1998.Philadelphia.Taylor & Francis，5405-408.]，[Tao WQ，Guo Z Y，Wang B X.Field synergy principle for enhancing convectiveheat transfer-its extension and numerical verification.Int J Heat and Mass Transfer.2002，45(18)3849-3856.]，[Tao WQ，He YL，Wang QW，et al.A unified analysison enhancing single phase convective heat transfer with field synergy principle.IntJ Heat and Mass Transfer.2002，45(24)3871-4879.]，[陶文铨，何雅玲.场协同原理在强化对流换热与脉管性能改进中的应用(上)，西安交通大学学报，2002，36(11)1101-1105]，[何雅玲，陶文铨..场协同原理在强化对流换热与脉管性能改进中的应用(下)，西安交通大学学报，2002，36(11)1106-1110]，[Qu ZG，Tao W Q，He Y L.Three-dimensional numerical simulation on laminar heattransfer and fluid flow characteristics of strip fin surface with X-arrangements ofstrips.ASME Journal of heat transfer，2004，126697-707]。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种强化换热管，此强化换热管能够增加空气内翅片管换热器的传热、减小高粘性流体冷却器、加热器或空气压缩机中冷器的体积。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括外部基管、两端堵塞的内部芯管和设置在内部芯管与外部基管之间的沿内部芯管周向均匀布置的波纹形翅片，其特点是，波纹形翅片的侧壁上开设有两个以上的通孔。
本发明的另一特点是通孔的直径为1mm～10mm，且相邻两通孔的间距为5mm～20mm；沿内部芯管周向布置的波纹形翅片为2～30个。
由于本发明在波纹形翅片上开设有孔，使管子在内部的流动通道为不完全间隔的环形流动通道，极大地增加了管内的传热面积，提高了空气侧传热系数。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是波纹形翅片5的展开结构示意图；图4是本发明与中心堵塞未开孔的波纹内翅片管与光管换热性能的比较图，其中横坐标为流速，纵坐标为与光管换热量的比值。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明包括外部基管1、两端堵塞2的内部芯管3和沿着内部芯管3周向均匀布置的2～30个波纹形翅片5，在波纹形翅片5的侧壁上开设有通孔4，由于在波纹形翅片5上开设有通孔4，所以流动通道为不完全隔开的环形通道，而且开孔波纹翅片在环形流动管内贯穿整个流动通道。
参见图3，本发明在波纹形翅片5开设有孔间距为10mm，直径为3mm的通孔4。
本发明的波纹形翅片5采用平直边，便于制造，而气体流动阻力不会大幅度增加，气体侧的换热面积比光管增加7-8倍；在波纹形翅片5上开设有通孔4，对边界层进行破坏，改善了对流换热；内部芯管3中心堵塞，在同样的流量下使外部基管1内壁速度梯度增大，进一步改善了对流换热。
参见图4，在不同的流速，即不同的Re数下，本发明的换热能力高出未开孔中心堵塞纵向波纹内翅片管11％～13％，而与光管相比，中心堵塞开孔纵向波纹内翅片管换热量是光管的12倍～13.5倍。
通过以上的分析可知本发明从强化传热的场协同原理出发，将破坏边阶层(翅片开孔)和增加壁面速度梯度(中心堵塞)的方法相结合，提出一种称为中心堵塞开孔纵向波纹内翅片管的强化换热管，在很大程度上增加了管内的面积和管内表面传热系数，改善了速度场和温度场的协同，可以使换热在相同流量下比光管增加12倍～13.5倍，极大地减小换热器的体积。
权利要求
1.一种强化换热管，包括外部基管[1]、两端堵塞[2]的内部芯管[3]和设置在内部芯管[3]与外部基管[1]之间的沿内部芯管[3]周向均匀布置的波纹形翅片[5]，其特征在于波纹形翅片[5]的侧壁上开设有两个以上的通孔[4]。
2.根据权利要求1所述的强化换热翅片，其特征在于所说的通孔[4]的直径为1mm～10mm，且相邻两通孔[4]的间距为5mm～20mm。
3.根据权利要求1所述的强化换热翅片，其特征在于所说的沿内部芯管[3]周向布置的波纹形翅片[5]为2～30个。
全文摘要
本发明公开了一种应用于能源、动力、石油、化工领域高粘性流体冷却器(如油冷却器)、加热器或空气压缩机中冷器中的强化传热管。它包括外部基管、两端堵塞的内部芯管和设置在内部芯管与外部基管之间的沿内部芯管周向均匀布置的波纹形翅片，在波纹形翅片的侧壁上开设有两个以上的通孔。由于本发明在波纹形翅片上开设有孔，使管子在内部的流动通道为不完全间隔的环形流动通道。开孔的内翅片增加了靠近壁面流体流动速度梯度，翅片的开孔破坏了流体的边界层，增加了扰动，改善了流体速度与温度梯度的协同，增强了换热，同时由于翅片个数，开孔方式选择，提高了翅片管换热器的传热性能，从而减小换热设备的体积，降低了产品成本。
文档编号F28F1/14GK1677044SQ200510041808
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月17日 优先权日2005年3月17日
发明者陶文铨, 何雅玲, 屈治国 申请人:西安交通大学