专利名称：带间隔分置旋流片的复合强化传热管及强化传热方法
技术领域：
本发明涉及一种强化传热管，特别涉及一种带间隔分置旋流片的复合强化传热管及强化传热方法。
背景技术：
现有的管内传热强化技术有多种，其中异形强化传热管也有多种类型，例如在工业中已经大量使用的螺旋槽管，横纹管槽及缩放管等。在强化传热管中设置的管内插入物，以增强传热效果也有多种形式，其中的管内插入物主要有连续的长扭带，螺旋线，及旋流方向相间交错连接的螺旋片等。
一般异形强化传热管多用于湍流流体的强化传热，主要依靠管壁的粗糙肋面促进边壁流体的湍流度强化传热，这对于在湍流条件下流体的传热热阻主要集中在传热管的边壁区的情况是可以有效提高传热管的传热性能的，但存在的缺点是当管壁的对流传热热阻相对减少之后，管中心区的对流传热热阻相对增加，而仅依靠管壁的粗糙肋面难以进一步强化管中心区的对流传热，故传热强化的程度受到一定的限制。
一般管内插入物多用于层流或过渡流流体的强化传热，主要依靠插入物对流体的旋流的作用将传热管中心区的流体与边壁区的流体进行位置交换，强化中心区的对流传热，这对于在层流或过渡流条件下流体的传热热阻主要集中在传热管的中心区的情况是可以有效提高传热管的传热性能的，但存在的缺点是连续长条的插入物对流体的形体阻力很大，一般只适用于层流或过渡流，而不适用于湍流条件。因此现有的管内传热强化技术对于湍流传热还存在着局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的管内传热强化技术对于湍流传热还存在的难以进一步强化管中心区对流传热的局限性与连续长条的插入物对流体的形体阻力很大，一般只适用于层流或过渡流，而不适用于湍流条件的缺点，提供一种可以适用于湍流条件的管内带间隔分置旋流片的复合型强化传热管及强化方法。
本发明的技术目的可以通过下述技术方案实现带间隔分置旋流片的复合强化传热管，包括传热管体和旋流片，旋流片为一种沿轴线方向带有旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，所述传热管体内设置有至少2个旋流片，旋流片之间保持轴向间距。
为进一步实现本发明的目的有益的是，所述旋流片之间用细钢丝连接，钢丝一端固定在管内流体入口端头。
有益的是，所述旋流片焊接在传热管内壁上。
有益的是，所述旋流片用机械滚轧压紧的方法固定在传热管内壁上。
有益的是，所述传热管体为光滑管管体或者是带有各种周期性凹凸粗糙肋面的粗糙传热管体。
有益的是，所述粗糙传热管体为螺旋槽管管体，横纹管槽管体或缩放管管体。
所述的旋流片旋转角度可以在30～360度之间取值，优选45度、90度、180度或270度。
所述旋流片之间的轴向间距为150～1500mm，优选400mm。
应用本发明所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管实现强化传热的方法流体从传热管体入口端进入，在传热管体内经过一个旋流片时，形成螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两个旋流片的间距中保持自旋流，流体经过下一个旋流片时，又再形成螺旋流，流体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程，最后，流体从传热管出口端流出。
本发明相对现有技术具有如下的优点和效果在管内按一定轴向间距相隔分置的旋流片由于其长度较短，对流体的阻力较小，而利用旋流片产生的在旋流片下游段流体的自旋流形体阻力很小，可以避免连续长条的插入物对流体的形体阻力很大，一般只适用于层流或过渡流，而不适用于湍流条件的不利之处，同时由旋流片产生的流体自旋流具有强化管内流体中心区对流传热的作用，可以克服异形强化传热管仅依靠粗糙肋面难以进一步强化管中心区的对流传热的缺点，能够在较低的流体阻力条件下进一步提高管内流体的对流传热膜系数(10％以上)，获得更好的传热强化效果。
图1是旋流片的正视图；图2是旋流片的轴侧图；图3是旋流片的俯视图；图4是旋流片的左视图；图5是实施例1带间隔分置旋流片的复合强化传热管示意图；图6是实施例2带间隔分置旋流片的复合强化传热管示意图；图7是实施例3带间隔分置旋流片的复合强化传热管示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施例不限与此。
实施例1图5示出了本发明带间隔分置旋流片的复合强化传热管一种结构形式。如图3所示，带间隔分置旋流片的复合强化传热管包括传热管体2，旋流片1、细钢丝3，传热管体2为光滑管管体。如图1、2、3、4所示，旋流片1为一种沿轴线方向带有45度旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，在传热管体2内旋流片之间保持轴向间距，具体是，旋流片1在传热管体2的管内间隔分置安装，共有4个旋流片，传热管体外径为20mm，管体内径为16mm，管体长为2m，旋流片间隔距离同为400mm，旋流片长度为30mm，宽度为15.5mm，厚度为1mm，旋流片相互间采用φ1mm细钢丝3相连接，钢丝固定在管内流体的入口端4。应用时，流体从传热管体2入口端4进入，在传热管体2内经过一个旋流片1时，形成螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两个旋流片1的间距中保持自旋流，流体经过下一个旋流片1时，又再形成螺旋流，流体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程，最后，流体从传热管出口端流出。经检测，该带间隔分置旋流片的复合强化传热管的传热强化综合因子比普通光滑管提高6％实施例2图6示出了本发明的另一种带间隔分置旋流片的复合强化传热管结构形式。如图6所示，带间隔分置旋流片的复合强化传热管包括传热管体2(为缩放管体)，旋流片1。旋流片为一种沿轴线方向带有60度旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，在缩放管体2内每个旋流片之间保持轴向间距。具体是，旋流片1在缩放管体2的管内间隔分置安装，旋流片1共有8个，旋流片1与缩放管体内壁采用焊接的方法固定，缩放管体外径为20mm，无粗糙肋段的管内径为16mm，有粗糙肋段的管内径为16/14mm，其中凸肋点的最小管内径为14mm，肋间距为12mm，管长为2m，旋流片间隔距离为200mm，旋流片长度为30mm，宽度为14mm，厚度为1mm。经检测，该带间隔分置旋流片的复合强化传热管的传热强化综合因子比缩放管提高了15％。应用方法同实施例1。
实施例3图7示出了本发明带间隔分置旋流片的复合强化传热管的又一种结构形式。如图7所示，该带间隔分置旋流片的复合强化传热管包括传热管体2(为横纹管体)，旋流片1，旋流片1在横纹管体2的管内间隔分置安装。如图1、2、3、4所示，旋流片为一种沿轴线方向带有45度旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带。横纹管体外径为20mm，无粗糙肋段的管内径为16mm，有粗糙肋段的管内径为16/14mm，其中凸肋点的最小管内径为14mm，肋间距为8mm，管长为2m，旋流片间隔距离为400mm，旋流片长度为30mm，宽度为14mm，厚度为1mm，旋流片与管内壁采用机械滚轧压紧的方法固定。经检测，该带间隔分置旋流片的复合强化传热管的传热强化综合因子比横纹管提高了10％以上。应用方法同实施例1。
权利要求
1.带间隔分置旋流片的复合强化传热管，包括传热管体和旋流片，其特征在于，旋流片为一种沿轴线方向带有旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，所述传热管体内设置有至少2个旋流片，旋流片之间保持轴向间距。
2.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述旋流片之间用细钢丝连接，钢丝一端固定在管内流体入口端头。
3.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述旋流片焊接在传热管内壁上。
4.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述旋流片用机械滚轧压紧的方法固定在传热管内壁上。
5.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述传热管体为光滑管体或者是带有各种周期性凹凸粗糙肋面的粗糙传热管体。
6.根据权利要求5所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述粗糙传热管体为螺旋槽管体、横纹管槽管体或缩放管管体。
7.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述的旋流片旋转角度为45度、90度、180度或270度。
8.根据权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管，其特征在于，所述旋流片之间的轴向间距为150～1500mm。
9.应用权利要求1所述的带间隔分置旋流片的复合强化传热管实现强化传热的方法，其特征在于，流体从传热管体入口端进入，在传热管体内经过一个旋流片时，形成螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两个旋流片的间距中保持自旋流，流体经过下一个旋流片时，又再形成螺旋流，流体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程，最后，流体从传热管出口端流出。
全文摘要
本发明提供一种带间隔分置旋流片的复合强化传热管及强化传热方法，该复合强化传热管包括传热管体和旋流片，旋流片为一种沿轴线方向带有旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，传热管体内设置有至少2个旋流片，旋流片之间保持轴向间距。强化传热方法是流体在传热管体内经过一个旋流片时，形成螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两个旋流片的间距中保持自旋流，流体经过下一个旋流片时，又再形成螺旋流，流体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程。该传热管既可强化传热管中心区的传热，又可避免连续长条的插入物对流体的形体阻力大，可在较低的管内流体阻力条件下获得较高的对流传热膜系数，适宜传热工业中普遍推广应用。
文档编号F28F1/10GK1865830SQ20061003583
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者邓先和, 洪蒙纳, 周水洪, 张压君 申请人:华南理工大学