一种树枝状仿生换热强化结构的制作方法

本发明涉及一种管内强化结构，尤其涉及一种树枝状仿生换热强化结构，可应用于化工、能源、制冷等热交换设备。

背景技术：

热交换设备是机械制造、能源化工、交通运输等典型行业领域不可缺少的生产设备，热交换性能的优劣对能源的有效利用具有重大影响。开发新型、高效的强化传热技术，成为提高换热器传热效率的必然选择，同时也是节约能源、减少投资成本的重要举措。

管内强化通常采用纽带，扰流元件及涡流发生器等。这些方法通常是增加边界层速度梯度，增加流体的湍流强度来实现传热能力的强化，其缺陷是换热能力提升的同时流体流动阻力急剧上升，单位功泵大幅上升，极大地增大了能量的损耗。中国发明专利申请号为：201310116252.6，名称为：强化传热扰流子，公开了一种改进型螺旋纽带强化结构，其结构是在传统螺旋纽带上挖出多道矩形孔，经过处理后的结构能降低流动压降，该强化结构仍然是螺旋纽带，其强化方式未发生本质性改变，因此流阻下降程度有限。中国发明专利申请号为：201510235436.3，名称为：一种三边螺旋纽带，公布了一中三边式螺旋纽带，该纽带不同于传统单边纽带，其结构由三条纽带拼接而成。这种结构具有强化传热和防垢双重功能，但其流动性能较单边纽带有所下降。目前管内强化结构鲜有对管内流场，温度场进行针对性设计，从而减少不必要的扰动，最大限度减少流动损耗，使得管内流场，温度场分布得到大幅改善，最终达到最优换热效果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种树枝状仿生换热强化结构，该结构在提升换热能力的同时，可以最大限度减少流阻的上升，使得传热效率最大化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种树枝状仿生换热强化结构，包括主干部分，所述主干部分为一长管，所述长管上沿轴向设有多组枝干部分，每组枝干部分包括多个沿圆周方向均布的枝干，所述枝干为“s”型。

优选地，所述多组枝干部分在主干部分上均匀分布或者按需不均匀分布，根据管内温度场和速度场分布特点，各组枝干部分的枝干或者对齐或者错开。

优选地，所述主杆部分和枝干均为空心管，主杆部分上开设有用于安装枝干的小孔，并且主杆部分与枝干互相连通。

优选地，所述枝干外表呈流线型结构，其外表转接处由光滑曲线连接。

优选地，所述主杆部分和枝干均为实心管。

优选地，所述主杆部分和枝干为金属材料或者非金属材料制成。

优选地，每组枝干部分中至少包括三个枝干。

本发明的有益效果：

1)由于换热管内外存在温度差，使得位于换热管中心区域和换热管管壁区域的流体产生温度差，位于换热管中心区域和换热管管壁区域的流体的流动速度也存在差异。传统的纽带强化结构通常是对边界层进行强化，流体的湍流强度会得到加强，从而急剧增加了流体的流动阻力，由于传统结构产生的扰动没有根据换热管内的流场和温度场进行针对性布置，因此很大一部分扰动是无效的，从而增加了无效功泵的输入。本发明有别于传统纽带强化结构,该树枝状仿生换热强化结构可使得换热管中心区域流体沿着枝干顺畅地流向换热管管壁区域，其调控流体的路线与管内速度场和温度场的分布相吻合，因此可以避免绝大多数无效的扰动，在达到强化传热的同时可最大限度减少无用功的消耗；

2)本发明结构简单，管状主干、枝干可采用实心棒料或者空心棒料，可直接插入换热管内使用，进一步简化制造过程，无需辅助安装零件；与传统管内强化结构相比，本发明在提升换热管换热能力的同时，其流动损耗可降到最低。

附图说明

图1为本发明所述一种树枝状仿生换热强化结构的结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为图1的左视图。

其中：

1.主干部分；2.枝干部分。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种树枝状仿生换热强化结构，包括主干部分1，所述主干部分1为一长管，所述长管上沿轴向设有多组枝干部分2，每组枝干部分2包括至少三个沿圆周方向均布的枝干，所述多组枝干部分2在主干部分1上均匀分布或者按需不均匀分布，各组枝干部分2的枝干或者对齐或者错开。所述枝干为“l”型，枝干外表呈流线型结构，其外表转接处由光滑曲线连接。

所述主杆部分和枝干可为空心管或者实心管，主杆部分和枝干为空心管时互相连通。主杆部分和枝干可由金属材料或者非金属材料制成。

本实施例中，换热管内径尺寸为32mm，管长为1300mm，根据此尺寸，树枝状仿生强化结构的主干采用内径为6mm、外径为7mm、长为1300mm的空心铜管；枝干采用内径为2mm，外径为2.5mm，管长为40mm的空心铜管，总共设有13组枝干部分2，每组枝干部分2的间距为100mm，每组枝干部分2包括五个枝干，每个枝干为“s”型，各组枝干部分2的枝干对齐。

使用时，将本发明所述的树枝状仿生换热强化结构放入换热管内。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种树枝状仿生换热强化结构，包括主干部分，所述主干部分为一长管，所述长管上沿轴向设有多组枝干部分，每组枝干部分包括多个沿圆周方向均布的枝干，所述枝干为“S”型，所述多组枝干部分在主干部分上均匀分布或者按需不均匀分布，各组枝干部分的枝干或者对齐或者错开。本发明结构简单，管状主干、枝干也可采用实心棒料，可进一步简化制造过程，无需辅助安装零件，可直接插入换热管使用；与传统管内强化结构相比，本发明使可得换热管中心区域流体沿着枝干顺畅地流向换热管管壁区域，其调控流体的路线与管内速度场和温度场的分布相吻合，其流动损耗可降到最低。

技术研发人员：涂文斌
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2017.09.15