一种异形横纹强化传热管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机械设备技术领域，用于管壳式换热器强化传热，涉及一种异形横纹强化传热管。
【背景技术】
[0002]管壳式换热器由于可靠性高、结构简单、耐高温、耐高压及实施方式简单等特点，普遍应用于石油、化工、冶金、动力及能源等众多工业领域中，在节能减排方面发挥了不可替代的作用。传统管壳式换热器多采用光管，光管传热效率低，很多情况下无法完成换热任务，采用传热强化技术可以提高光管的传热效率或减少换热管金属用量，提高了能量利用效率或节省了材料。按其是否需要外功，传热强化技术分为有源强化与无源强化两种类型，其中无源强化技术由于可靠性强、不需要外功，操作方式简单，而更为广泛应用。横纹管作为一种工业常用的典型无源强化传热技术，由于结构简单、性能稳定等优点，在工业中应用广泛。横纹管的强化传热机理为在管壁横肋附近形成横向涡，通过提高近壁区的湍流程度，扰动边界层，从而强化传热，但在靠近管壁区会产生流动分离，形体阻力较大，导致压降损失较大，使传热综合性能提升幅度受限。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种异形横纹强化传热管，解决了现有横纹管中存在的形体阻力大、涡流不可控、传热综合性能提升幅度受限的问题。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种异形横纹强化传热管，在光管管壁外表面横向均匀平行设置有内凹的圆弧槽，圆弧槽对应的管壁内表面为凸起的圆肋，并且在每个凸起的圆肋顶部设置一道环形凹陷的外凸凸起。
[0005]本实用新型的异形横纹强化传热管，其特征还包括:
[0006]所述的外凸凸起的高度为0.2?1.5mm，外凸凸起的宽度为I?2.5mm，相邻圆弧槽间距为6?15mm，圆弧槽深度为0.5?2mm，圆弧槽口沿宽度为2?5mm。
[0007]所述的外凸凸起是连续的圆环，或是断续的圆环形状。
[0008]本实用新型的有益效果是，该传热管为一次表面强化，通过在光管表面乳制形成横向的肋纹，该肋纹在管外体现为内凹的圆弧槽，在管内体现为凸起的圆肋，然后再在凸起的圆肋上反向乳制或施以作用力，使凸起的圆肋在顶部凹陷进去一定高度的圆弧，从而形成外凸型的异形横纹管。该传热管为双面强化管，不但可用于管内的强化，也可以用于管外的强化，加工方便、低阻高效、传热综合性能更佳，可用于现有横纹管的加工升级。
[0009]本实用新型的有益效果，具体体现在以下方面:
[0010]I)传热性能好
[0011]传统横纹管在肋的背风面存在流动分离与回流，传热速率受到抑制，阻力也相应增加，考虑不同几何结构对流动与传热的影响，控制流动分离对提高传热速率显得尤为有意义。本实用新型提出了一种异形横纹强化传热管，结合外凸凸起的特殊结构，通过涡流调控，压缩回流涡，降低形体阻力，同时，外凸凸起在管内横肋换热面上还可以提高局部传热速率，相对于传统的横纹管，具有低阻高效的特点。
[0012]2)适用工况广
[0013]本实用新型不仅适用于湍流的强化传热，也可以适用于层流、过渡流的强化传热；不仅适用于强制对流，亦适用于自然对流，不但可用于管内强化，亦可用于管外强化。
[0014]3)使用灵活
[0015]本实用新型传热综合性能是可控的，调整的结构参数主要包括肋纹的肋高、肋宽、节距及外凸凸起高度和外凸凸起宽度，这些结构参数直接影响着管内横向涡的强度及面积区域;通过结构优化，可以降低阻力，提高传热速率，以便达到最佳的传热综合性能。
[0016]4)制造方便
[0017]通过在光管表面乳制形成横向的肋纹，然后再在凸起的圆肋上反向乳制或施以作用力，使凸起的圆肋在顶部凹陷进去一定高度的圆弧，从而形成外凸型的异形横纹管。该异形横纹管加工方便，简单可靠，可用于已有管壳式换热器管内传热性能的提高，也可用于新型换热器的设计。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型异形横纹管的轴测图；
[0019]图2为本实用新型异形横纹管的左视图；
[0020]图3为本实用新型异形横纹管的俯视图；
[0021 ]图4为传统横纹管的二维截面图；
[0022]图5为本实用新型异形横纹管的二维截面图。
[0023]图中，1.光管，2.圆弧槽，3.圆肋，4.外凸凸起。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0025]参照图1、图2、图3、图5，本实用新型异形横纹管的结构是，在光管I管壁外表面横向均匀平行设置有内凹的圆弧槽2，圆弧槽2对应的管壁内表面则为对应凸起的圆肋3，并且在每个凸起的圆肋3顶部设置一道环形凹陷的外凸凸起4(即朝向管壁外方向凸出的圆弧)，其结构参数设置是，管直径d，相邻圆弧槽2间距(肋纹节距)为P，圆弧槽2深度(肋高)为e，圆弧槽2 口沿宽度(肋宽)为w，外凸凸起4的高度为h，外凸凸起4的宽度为L。
[0026]由于横纹管在管长方向上的几何结构是周期性的重复结构，可以取一个周期用二维图来代表其结构参数。图4为传统横纹管的二维截面图，图5为本实用新型异形横纹管的二维截面图，在图4传统横纹管的基础上，使凸起的圆肋在顶部凹陷进去一定高度的圆弧，从而形成图5外凸型的异形横纹管。
[0027]外凸凸起4的高度h优选范围为0.2?1.5mm，外凸凸起4的宽度L优选范围为I?
2.5mm，肋纹节距P优选范围为6?15mm，肋高e优选范围为0.5?2mm，肋宽w优选范围为2?5mm ο
[0028]所述外凸凸起4可以是连续的圆环，或是断续的圆环形状。外凸凸起4在管内一侧会留下一定高度内凹的圆弧，该内凹的圆弧能够减少横纹管横肋背风面回流涡的面积，但是在圆弧内也会产生一定大小的回流涡，该回流涡面积通过外凸凸起的高度和宽度实现调控，使该部分回流涡的阻力增幅小于横肋背风面回流涡阻力的减小幅度，从而使总体阻力降低。
[0029]光管I根据操作工况和流动介质情况，可以选择碳钢、低合金钢、不锈钢、铝、铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金等材质。
[0030]实施例1
[0031]如图1、图2、图3、图5所示，管直径d=16mm，肋纹节距P = 9mm，肋高e = lmm，肋宽W =3mm，夕卜凸凸起高度h = 0.3mm，夕卜凸凸起宽度L= 1.5mm，管壁厚1.5mm，应用时，光管I的两端留有一定的光滑外圆(两端一定距离内不加工圆弧槽2)，然后插入管壳式换热器的管板中，采用胀接或焊接或胀焊并用的方法进行异形横纹管的固定。流体从异形横纹管的一端进入，在异形横纹管内部圆肋3和外凸凸起4的反复诱导下，产生沿流动方向的涡流，提高管内湍流强度，破坏边界层的发展，常见工况下，同功耗下，与传统横纹管相比，最大传热综合性能能提尚6%以上。
[0032]本实用新型异形横纹强化传热管，其传热综合性能通过结构参数如肋纹节距、肋高、肋宽、外凸凸起高度及外凸凸起宽度来控制调节。
[0033]本实用新型异形横纹强化传热管，其制作过程是:通过在光管I表面乳制形成横向的圆弧槽2(即肋纹)，该肋纹在管外体现为内凹的圆弧槽2，在管内体现为凸起的圆肋3，然后再在凸起的圆肋3上反向乳制或施以作用力，使凸起的圆肋3在顶部凹陷进去一定高度形成外凸凸起4，从而得到外凸型的异形横纹管。
[0034]本实用新型充分利用了外凸凸起的低阻高效特性，不但可用于管内的强化，其管外表面特殊的带外凸形凹槽还可用于管外的强化，达到双面强化的效果，利用外凸凸起降低流动阻力和提高局部传热速率，加强近壁区的扰动，有效减薄边界层，提高近壁处的温度梯度，从而使单位功耗下的传热速率得到提高，即传热综合性能得到提高。
【主权项】
1.一种异形横纹强化传热管，其特征在于:在光管(I)管壁外表面横向均匀平行设置有内凹的圆弧槽(2)，圆弧槽(2)对应的管壁内表面体现为凸起的圆肋(3)，并且在每个凸起的圆肋(3)顶部设置一道环形凹陷的外凸凸起(4)。2.根据权利要求1所述的异形横纹强化传热管，其特征在于:所述的外凸凸起(4)的高度为0.2?I.5mm，外凸凸起(4)的宽度为I?2.5mm，相邻圆弧槽(2)间距为6?15mm，圆弧槽(2)深度为0.5?2mm，圆弧槽⑵口沿宽度为2?5mm。3.根据权利要求1所述的异形横纹强化传热管，其特征在于:所述的外凸凸起(4)是连续的圆环，或是断续的圆环形状。
【专利摘要】本实用新型公开了一种异形横纹强化传热管，在光管管壁外表面横向均匀平行设置有内凹的圆弧槽，圆弧槽对应的管壁内表面为凸起的圆肋，并且在每个凸起的圆肋顶部设置一道环形凹陷的外凸凸起。本实用新型的装置，为双面强化管，不但可用于管内的强化，也可以用于管外的强化，加工方便、低阻高效、传热综合性能更佳，可用于现有横纹管的加工升级。
【IPC分类】F28F1/42
【公开号】CN205119907
【申请号】CN201520977111
【发明人】杜娟, 洪宇翔, 陈彦颖, 谭振林
【申请人】丽水学院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月30日