一种强化管内对流传热的插入式涡产生器扰流元件的制作方法

本实用新型涉及换热技术领域，具体涉及一种强化管内对流传热的插入式涡产生器扰流元件。

背景技术：

在强化换热技术领域中，管内强化换热技术是工业应用中涉及最广的。现已开发出了多种形式的内插物强化传热元件，如螺旋线圈、扭带等。管内插入扰流元件的最大特点是：结构简单，适合旧换热器的改造设计，且加工制造方便，有助于清洗管内污垢。

二次流强化换热是目前较为先进且十分有效的强化换热技术。二次流是指垂直主流截面上的流动，比主流速度小一个数量级，它能在不产生过多机械能耗散的情况下大幅度强化传热。因此，合理组织和诱导产生二次流，将有效强化换热。

涡产生器是理想的二次流产生器和控制器，产生的二次流在较宽广的雷诺数范围能够有效地强化传热。目前，涡产生器一般在换热器外表面上冲压成型，但很难在管内实施，若在管内布置涡产生器将能使换热器的传热能力得到较大提升。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种强化管内对流传热的插入式涡产生器扰流元件，它能在换热管内诱导产生较大强度的二次流，具有结构简单、加工制造方便、减小了扭带与流体的接触面积、降低了换热管内的摩擦阻力、综合强化传热性能较好等优点。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种强化管内对流传热的插入式涡产生器扰流元件，涡产生器扰流元件具有周期性结构，由厚度为0.5～2mm，按既定几何图形去除部分材料的薄金属片经过螺旋扭转而成，扭率范围为2.0～10.0。

优选地，所述涡产生器扰流元件在扭曲之前的形状决定角一范围为25°～90°，形状决定角二范围为65°～155°。

优选地，所述涡产生器扰流元件在扭曲之前相邻涡产生器之间的间距是换热管内径的 1.0～4.0倍，每个涡产生器与管壁接触的轴向长度是换热管内径的0.5～2倍。

优选地，所述涡产生器扰流元件在扭曲之前，无涡产生器的基片宽度是换热管内径的0.3～0.6倍。

优选地，所述涡产生器扰流元件基片宽度比换热管内径小1.0～2.0mm，其长度一般与换热管等长或稍短。

本实用新型的插入式涡产生器扰流元件能在换热管内诱导产生较大强度的二次流，具有结构简单、加工制造方便、减小了扭带与流体的接触面积、降低了换热管内的摩擦阻力、综合强化传热性能较好等优点。

附图说明

图1为插入式涡产生器扰流元件未扭转时基片的二维图；

图2为插入式涡产生器扰流元件的三维效果图；

图3为内插插入式涡产生器扰流元件管的三维剖面图；

图4为内插插入式涡产生器扰流元件管的横截面图；

图5为内插插入式涡产生器扰流元件后，圆管内壁面表面传热能力与二次流强度的对应关系；

图6为内插插入式涡产生器扰流元件后，圆管壁面横向平均局部努塞尔数沿主流方向的变化规律；

图7为内插插入式涡产生器扰流元件后，管内强化传热综合评价准则JF沿主流方向的变化规律；

图中，1-空管，2-插入式涡产生器扰流元件，β-涡产生器的形状决定角一，γ-涡产生器的形状决定角二，W-无涡产生器时的基片宽度，B-每个涡产生器与管壁接触的轴向长度， S-扭转之前相邻涡产生器之间的间距，H-扭带节距，D-换热管内径，δ-涡产生器基片厚度。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-图4所示，本实用新型实施例提供了一种强化管内对流传热的插入式涡产生器扰流元件，具有周期性结构，由厚度为0.5～2mm，按既定几何图形去除部分材料的薄金属片经过螺旋扭转而成；扭率Tr与节距H的关系为：Tr＝H/D，通过改变节距H得到不同扭率的涡产生器，扭率范围为2.0～10.0。

应用例

选取包含两对涡产生器的一段换热管，涡产生器扰流元件的形状决定角一、角二分别为β＝52.5°、γ＝127.5°，扭率Tr＝5.0，S/D＝1.25，B/D＝0.38，δ/D＝0.05，W/D＝0.3，工质的普朗特数Pr＝0.93～13.67，在雷诺数Re为50～600的范围内对内插涡产生器扰流元件管内流动进行了进行数值分析，对比结果如图5、6、7所示。

图5所示为插入内插式涡产生器扰流元件后，圆管内壁面表面传能力与二次流强度的对应关系。

图6所示为插入内插式涡产生器扰流元件后，圆管壁面横向平均局部努赛尔数Nus沿主流方向的变化规律。由计算结果可知，圆管壁面横向平均局部Nus增大0.7～3.9倍。

图7所示为插入内插式涡产生器扰流元件后，管内强化传热综合评价准则JFs沿主流方向的变化规律。由计算结果可知，JFs最大值为2.92，综合性能较好。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。