專利名稱:用于單相流的傳熱管的制作方法
本發(fā)明與一些設(shè)備中的熱交換器上的傳熱管有關(guān)，這些設(shè)備包括空調(diào)機、冰箱等;本發(fā)明還與這種傳熱管的生產(chǎn)方法有關(guān)。本發(fā)明中的傳熱管特別適用于管內(nèi)的單相流與在管外流動的流體之間的熱傳遞。
空調(diào)機及冰箱的熱交換器上都裝有傳熱管，這些成熟的技術(shù)已為眾所周知。到目前為止，已提出了多種類型的傳熱管，其中的一些傳熱管有平滑的內(nèi)表面，而另一些傳熱管則有二維或三維的、經(jīng)過機械加工的內(nèi)表面。例如，在美國專利No.3768291中出示了一種在內(nèi)表面上帶有二維肋的傳熱管;而在美國專利No.3830087的說明書上介紹了另一種傳熱管。這種傳熱管的主要制作過程如下首先用一個伸入到管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)頭在未加工的內(nèi)壁面上開一道槽，以形成基本肋，然后再加工出第二道槽，從而在管的內(nèi)表面上形成三維凸塊組。
在流體的單相流動的條件下，這些具有二維或三維機加工內(nèi)表面的傳熱管會帶來下列問題，即由于在管道內(nèi)表面上的凸塊的邊緣是尖銳的，而不是圓滑的，流體在繞過尖銳的彎角或邊緣時就會生出分離渦流，結(jié)果在傳熱管的入口端與出口端之間會造成較大的壓力降，這就需要用較大的動力來驅(qū)使流體從傳熱管流過。另外，流體在垂直于流線的肋表面上趨于滯止，致使流體的運動能量轉(zhuǎn)為沖擊壓力，在長期的使用過程中，這一壓力會引起肋塊的磨損。因而肋塊的高度和形狀均發(fā)生逐漸的變化，而不能保持最佳的設(shè)計高度和形狀，使傳熱性能有所下降。
另外，用旋轉(zhuǎn)頭來制造出肋的工作是比較麻煩的，這需要開一道基本槽，還需要開第二道槽，因而提高了傳熱管的生產(chǎn)費用。
本發(fā)明的目的是要提供一種用于單相流的傳熱管。這種傳熱管具有高傳熱率，而且其傳熱表面的結(jié)構(gòu)具有高耐久性。本發(fā)明還要提供一個用較低費用就可生產(chǎn)這種傳熱管的方法。
為此目的，本發(fā)明提供了一種傳熱管。這種傳熱管的內(nèi)表面上有許多凸塊;在每個凸塊的底部和任意指定的高度上，凸塊有由圓形、橢圓形或其它平滑曲線構(gòu)成的橫截面;這些凸塊沿著螺旋線有規(guī)則地排列著。
圖1是按照本發(fā)明的具體內(nèi)容而構(gòu)成的傳熱管的縱剖面圖。
圖2是本發(fā)明中的傳熱管的一個基本部分的放大視圖。
圖3A、3B、3C和3D是不同具體結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖4A、4B、4C和4D分別是圖3A、3B、3C和3D所示結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5和5A是本發(fā)明提出的生產(chǎn)方法的示意圖。
圖6是本發(fā)明中的傳熱管的工作特性示意圖。
圖7是本發(fā)明中的傳熱管的局部剖視圖。
圖8是熱交換管的一個正視圖。
圖9至圖11及圖14至圖17均是實驗數(shù)據(jù)的表示圖，這些實驗是用本發(fā)明中的傳熱管來做的。
圖12和圖13及圖18和圖19均是用來表示凸塊間距與傳熱率之間關(guān)系的示圖。
圖20和圖21表示了一個應(yīng)用本發(fā)明的熱交換管的實例。
圖22和圖23是圖20中所示結(jié)構(gòu)的特性圖。
圖24是圖20中所示結(jié)構(gòu)的一個應(yīng)用示例圖。
下面參照圖1和圖2說明本發(fā)明中的一個具體實例。本發(fā)明中的這個傳熱管實例有內(nèi)表面1，在這個內(nèi)表面上沿著螺旋線4排列著許多凸塊3，從凸塊平面圖上可看到凸塊可有如圖3A所示的圓形32，如圖3B所示的橢圓形34、如圖3C所示的非對稱形36和如圖3D所示的長圓形38。雖然凸塊的橫截面積是由底部到頂部而逐漸減小的，但凸塊的橫截面形狀卻幾乎是不變的。如圖4A、4B、4C和4D上所示凸塊的縱剖面也是由平滑曲線構(gòu)成的。圖3A至3D中的圖形僅是示例性的，凸塊可有任意指定的、與圖中示例相似的形狀。
下面說明本發(fā)明所提供的這種傳熱管的加工方法。
圖5表示一個加工方法的實例，所用的機器上有一個旋轉(zhuǎn)支架50支架中有個用于安放料管的孔，還有三個能抱住料管的、可轉(zhuǎn)動的滾輪52，52及54。其中的兩個滾輪52具有平滑的外圓周表面，而滾輪54則是在周面上有齒40的齒輪狀輪。當用適當?shù)膭恿︱?qū)動支架50做圍繞料管的轉(zhuǎn)動時，齒輪狀輪54上的齒40將用力壓迫料管壁，并使其塑性變形，從而在料管的內(nèi)圓周表面上形成向內(nèi)的凸塊3，可以看出凸塊3在料管的0-0′軸方向上的間距是由齒輪狀輪上的齒的安裝角度決定的，輪54上的齒40的輪廓應(yīng)能使凸塊3依照齒40上彎弧的形狀形成圓滑的拐角。
料管外表面上與凸塊3對應(yīng)的凹坑的間距等于齒輪狀輪54上的齒40的周向間距，因為輪54能在一定的壓力下壓進料管，所以可以用控制這一壓力的方法來調(diào)整凸塊3的徑向高度。如果輪54在垂直于管軸的方向上轉(zhuǎn)動，則凸塊3便按獨立的環(huán)形排列。然而，如圖1所示，如果在輪54轉(zhuǎn)動的同時，使料管1沿軸向推進，則凸塊3將會沿螺旋線排列。盡管沿軸向推進料管、同時保持支架50不動的方法是更為實際的，但使支架50以螺旋方式推進的方法也有同樣的效果。在相鄰兩排凸塊之間的表面是平滑的。一些加工了的表面能促進管外流體的沸騰和凝結(jié)，但因難以對料管外表面上形成的凹坑做精細的加工，所以只有相鄰兩排凹坑之間的平滑區(qū)域才是能用于促進傳熱的有效面積。為了在管的外表面上準確地進行所需要的機械加工，應(yīng)使位于相鄰兩排凹坑之間的管子外表面與管軸平行?？梢钥闯鑫挥谄叫杏诠茌S的平滑面之下的管內(nèi)表面部分自然會與管軸平行。
圖5A示意性地表示了在上述加工方法中用到的齒輪狀滾輪?？梢钥闯瞿苡酶淖儲陆堑姆椒▉砀淖兺箟K的周向間距Z。β角是滾輪54上的兩個相鄰齒40的對應(yīng)邊緣在輪心處形成的夾角。所選取的齒高h應(yīng)大于管子外表面上的凹坑高度。在一實例中，齒輪狀滾輪54的外徑D為33mm到35mm，齒高h為0.45mm到0.8mm，角β為10°到20°，齒寬W為1mm。使用上述齒輪狀滾輪可得到具有下列參數(shù)的傳熱管，管內(nèi)凸塊高e為0.45mm到0.6mm，周向間距Z為2.5mm到5mm。
外徑D的變化自然需要角β也有所改變。如果讓齒輪狀滾輪54相對于管軸傾斜5°-20°，凸塊的軸向間距就可在5mm-14mm的范圍內(nèi)變化。
在如圖5所示的示例中僅有一個齒輪狀滾輪，結(jié)果所形成的凸塊3將沿一條螺旋線排列。但本發(fā)明不排除使用多個齒輪狀滾輪54的可能，在這種情況下，能使凸塊3沿多條螺旋線同時做出。使用多個齒輪狀滾輪，能有效地減少做出多排凸塊所需要的步驟，但是這種選擇要靠凸塊的周向間距和凸塊排的軸向間距決定。
無論如何，按照本發(fā)明所描述的加工方法，總可得具有多排凸塊3的傳熱管。每個凸塊都有基本上是圓滑連接的橫截面形狀和由拱形突起組成的縱斷面，這個縱斷面要包括凸塊排的軸線。
在一個實例中，凸塊有橢圓形的橫截面，其長軸在2mm-5mm之間、短軸在1.5mm-3mm之間。
凸塊的排可用下列形式構(gòu)成可使具有圓形底部的錐形凸塊獨立地突出于管子內(nèi)表面的基面;也可使同一排中的兩相鄰?fù)箟K之間的部分也突出于管子內(nèi)表面的基面。
圖6示意性地描述了在管中不發(fā)生相變的單相流的流線?？煽闯鲈诠艿垒S心部位中的流線60基本上是沿管軸方向直線前進的。而靠近管道內(nèi)表面處的流線61卻被凸塊所偏轉(zhuǎn)，結(jié)果當這些流線從相鄰?fù)箟K之間的部位流出時，形成了垂直渦流，渦流的軸線與管軸方向平行。
如圖7所示，從縱斷面上看去，本發(fā)明中的傳熱管內(nèi)表面上的凸塊有光滑平緩的曲率，這不會引起流線方向的突然變化。所以，由流體附著管壁而引起的剪應(yīng)力的作用小，有助于削弱由剪應(yīng)力引起的管壁振顫。還應(yīng)該指出因為凸塊的橫截面也有光滑平緩的形狀，流線的突然偏轉(zhuǎn)和由脫離所引起的渦流均被抑制，可使由液流作用引起的振顫減至最小。
為了核定傳熱管的抗腐蝕性，在表1所示的條件下做了強化腐蝕的試驗，其結(jié)果如表2所示。
表1 腐蝕試驗條件流速 2米/秒水溫 40℃PH 5.0Cl 600ppm試驗周期 30天表2 腐蝕試驗結(jié)果凸塊形狀 腐蝕率(mm/年)二維(連續(xù)的凸塊) 0.56三維(角形凸塊) 0.77三維(圓形凸塊) 0.54從表2可以看出與三維角形凸塊相比，圓形凸塊能延緩腐蝕，而且它的腐蝕率能與具有良好抗腐蝕性的、帶有二維凸塊的傳熱管的相同，這樣如表2所示的、帶有圓形三維凸塊的傳熱管的腐蝕率在實際上是可以接受的。
下面對本發(fā)明中帶有圓形凸塊的傳熱管的性能作一說明，為了驗證本發(fā)明的結(jié)果，做了改變凸塊的高度、凸塊的周向間距和軸向間距的實驗。上述參數(shù)均對傳熱管的性能有影響。用于實驗的傳熱管的內(nèi)徑d的范圍為14.7mm至15.8mm。
圖9示出了軸向間距P為7mm，周向間距Z為4mm，凸塊高度e分別為0.45mm(標為△)、0.5mm(標為△)、0.6mm(標為口)幾種條件下，傳熱率和壓力降的值，圖9中的橫軸表示雷諾數(shù)，摩擦系數(shù)f表示沿管道的阻力系數(shù)，眾所周知，雷諾數(shù)Re由下式給出Re＝u·d/ν式中，u表示管中流體的平均流速(m/S)，d表示管的內(nèi)徑(mm)，ν表示流體的運動粘性系數(shù)(m2/S)。
縱坐標軸表示無量綱傳熱率Nu/Pr0.4，它可由下式計算Nu/Pr0.4＝αd/λ/Pr0.4式中，α表示傳熱系數(shù)(W/m2K)，λ表示流體的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mK)，Pr表示流體的普郎特數(shù)。
使用一個對比管做了對比試驗，對比管有未經(jīng)任何機加工的平滑內(nèi)表面，對比管的傳熱率十分接近由式Nu＝0.023Re0.8Pr0.4(見曲線A)所給出的值，這個式子被稱為“Diltus-Boelter”公式。對比管的摩擦系數(shù)十分接近由式1f=2.0log(Ref)-0.8]]>(見曲線B)所給出的值，這個式子被稱為Prandl′s方程”。為了使圖面清楚，由對比管測得的傳熱率和阻力系數(shù)均未在圖9上示出。對比管的內(nèi)徑為15.8mm，可以看出本發(fā)明中凸塊高度為0.5mm和0.6mm的傳熱管試樣所示的性能要比具有平滑表面的對比管的高一倍。
從圖9還可看出當凸塊高度e增加時，摩擦系數(shù)的增加率大于傳熱系數(shù)的增加率。所以，當凸塊高度e高過一預(yù)定的極限值時，由壓力降引起損失的作用要超過傳熱率增加所起的作用。確切地說，在如圖9所示的情況下，當凸塊高度超過0.5mm時，因為隨著傳熱率的少量增加會有摩擦系數(shù)的大幅度增加，增加傳熱率的效益大為消弱。從這一事實可知對圖9所示的傳熱管，取凸塊高度為0.5mm時為佳。
為了證實本發(fā)明的上述優(yōu)越之處，可以查閱一份有關(guān)傳熱率和摩擦系數(shù)的評價方法的權(quán)威性參考文獻。
這類文獻中的一個例子是“熱交換器設(shè)計中粗糙表面的應(yīng)用”。該文由R.L.Webb和E.R.G.Eckert所寫，發(fā)表在1972年出版的第15卷《國際傳熱和傳質(zhì)雜志》中的第1647-1658頁上。在這篇文獻中，給出了一個與傳熱率和摩擦阻力有關(guān)的準則，它可被表示如下((St/St0))/((f/f0)13)式中下標O表示該值是從具有平滑內(nèi)表面的管上獲得的。
通過計算上式的各比值，能做出有關(guān)評價，在管有平滑內(nèi)表面的情況下，各比值均等于1。在傳熱性能有所改進時，上式給出的值也有所增加，圖9中所示的實驗數(shù)據(jù)是在水流速度為2.5m/S，雷諾數(shù)Re為3×104的條件下獲得的，雷諾數(shù)是按使用了本發(fā)明傳熱管的冰箱中的水溫計算的。圖10示出了與凸塊高度有關(guān)的準則式的對應(yīng)值。
從圖10可看出當凸塊高度約為0.5mm時，能有最好的性能，而當凸塊高度超過0.5mm或低于0.5mm時，性能逐漸下降，最佳的凸塊高度與靠近管壁的流體的邊界層有關(guān)，盡管一些因素(如管徑)的變化能使最佳高度值有些小差異，但仍可近似地認為這一高度是常數(shù)，在圖10中，縱坐標的值是由準則式計算的，記號D指向的值為1.43，這一數(shù)值是對一個帶有二維肋(e＝0.3mm，P＝4mm)的已知傳熱管進行計算而得到的，這種傳熱管在美國專利NO.3，768.291中有所介紹。這樣，當凸塊高度的值在0.45mm和0.6mm之間時，本發(fā)明中的有三維凸塊的傳熱管的性能就會超過D＝1.43時的水平，而這一水平正是上述已知二維凸塊傳熱管所具有的。
為了考慮凸塊的周向間距對傳熱性能的影響，下面對由模型試驗得出的結(jié)果做些說明。
圖11示出了由測量得到的傳熱率和摩擦系數(shù)，測量時選用了三個不同的凸塊周向距離Z(Z＝2.5mm時，記為△;Z＝4mm時，記為0;Z＝5mm時，記為口)，而凸塊軸向間距離和高度分別保持為7mm和0.45mm。從圖11可以看出當周向間距Z為4mm時，傳熱率比周向間距Z為2.5mm時的要高。還可看出當周向間距Z為2.5mm時，摩擦系數(shù)比周向間距為4mm時的要大，這些事實說明當周向間距Z為4mm時，傳熱性能比周向間距為2.5mm時的高。
如圖12所示，當周向間距Z為2.5mm時，相鄰的凸塊5基本相連，結(jié)果在相鄰?fù)箟K之間不再存在間隙C，所以，在這種情況下，從相鄰?fù)箟K之間而來的流線產(chǎn)生的垂直渦流6(見圖13)的尺寸不大(在圖12中示為7)。從而，較小的周向間距Z使得三維凸塊的特性接近二維凸塊的特性，以至傳熱性能也與帶二維凸塊的傳熱管的相近。在圖11中，在從帶有三維凸塊的傳熱管上所測得的值之中，混有一組從帶有二維凸塊(P＝7mm，e＝0.5mm)的傳熱管上測得的值，這組值用記號◇來標記，并用間斷線將它們連接起來，由圖11還可看出以下趨勢較小的周向間距Z使得壓力降增加，結(jié)果它接近二維凸臺所具有的值。
當周向間距Z為4.5mm時，其旋轉(zhuǎn)軸平行于流動方向的垂直渦流6從相鄰?fù)箟K之間射出，使傳熱加強，在使用二維凸塊的情況下，流線在越過二維凸塊時發(fā)生脫離，并在凸塊的下游區(qū)域重新附著到管面上，流線的重新附著可以使傳熱加強。相比之下，在使用三維凸塊的情況下，由于垂直渦流引起傳熱的加強，結(jié)果與使用二維凸塊的情況相比流動能量得到了更有效地利用。在此例中，相鄰?fù)箟K之間的間隙C是1mm，而且每個凸塊的長度b是3mm，在間隙C增大到一定量的時候，就不再產(chǎn)生能有效地促進傳熱的垂直渦流，促進傳熱的作用也不再那樣高，參見圖11可知，當周向間距Z為5mm時(記為口)，傳熱率的增加要比Z為4mm時的小，這說明間隙C的增加使傳熱率下降。
在這種情況下，還用準則式(St/Sto)/(f/f0)12]]>對試驗數(shù)據(jù)來做出評價，其結(jié)果表示在圖14上。從圖14可看出當周向間距Z為4mm時，傳熱性能最高。D所指定的值是從二維肋(e＝0.5mm，P＝4mm)處獲得的。這個值說明三維凸塊具有較高的促進傳熱的作用。確切地說，當周向間距Z的值在3.5mm到5mm的范圍內(nèi)時，三維凸塊比二維凸臺有更好的作用，所以取這一范圍作為合適的周向間距范圍。這里表示二維凸塊的作用的值是對帶有二維肋的傳熱管的實驗數(shù)據(jù)做計算而得出的。
為了考察軸向間距的影響，選取三個不同的軸向間距值來做實驗，三個間距值分別為5mm，7mm，10mm;實驗時保持肋高e和周向間距Z分別為0.5mm和4mm。實驗結(jié)果表示在圖15上，更準確地說，圖15上表示了在軸向間距分別為5mm(標為
)、7mm(標為△)和10mm(標為口)時的傳熱率和摩擦系數(shù)?？煽闯鰝鳠崧屎湍Σ料禂?shù)均隨軸向間距的增加而增加。在上述情況下仍用準則式(St/Sto)/(f/f0)12]]>來評價實驗值，其結(jié)果表示在圖16上。從這圖上可看出當軸向間距為5mm或7mm時，由上式得到的比值基本相等;而在軸向間距為10mm時，由上式得到的比值大為減小。這可歸結(jié)于以下原因(參見圖17a和17b)，由于三維凸塊3產(chǎn)生的渦流使得傳熱加強，結(jié)果當下一個凸塊位于渦流擴散并消失的長度之內(nèi)時(如圖17a所示)，傳熱管能保持高傳熱性。當凸塊是二維的時候，凸塊到渦流消失點的長度約為凸塊高度的10倍，即當凸塊高度為0.5mm時，長度L為0.5mm×10＝5mm。從而表示在圖17a上的長度L應(yīng)為5mm左右。這樣，當軸向間距在5mm和7mm之間時，可獲得高性能。然而，當軸向距離為10mm時，間距P大于長度L(如圖17b所示)，在這種情況下，渦流不能達到下一個凸塊而在中途消失了。結(jié)果造成了大面積的無渦流區(qū)，使促進傳熱的作用減小，在圖16上，D指向一個值，這個值是利用帶有二維肋的傳熱管的實驗數(shù)據(jù)通過公式(St/Sto)/(f/f0)12]]>算出的。軸向間距可優(yōu)先在5mm到9mm之間的范圍內(nèi)選擇，因為在這一范圍內(nèi)，傳熱性能高于D值所表示的量，而且傳熱管的制造也容易些。
基于實驗數(shù)據(jù)，已討論了凸塊的合適尺寸，并已證實為了獲得傳熱性能的較好的改進效果，凸塊的高度、周向間距和軸向間距應(yīng)分別在0.45mm至0.6mm、3.5mm至5mm和5mm至9mm之間選擇。
從各行圓形凸塊之間流過的流線的類型隨著凸塊排列的不同而有變化，例如，圖18示出的是凸塊3交錯排列的情況，在這種情況下，該線90在從相鄰?fù)箟K之間流過之后，與下游的凸塊相撞，可加強對傳熱的促進作用。然而，如圖19所示，當凸塊3規(guī)則地排列成格狀結(jié)構(gòu)時，凸塊3的下游流線100中的渦流在其能量被擴散之前，便會與下游的凸塊相碰撞，致使促進傳熱的作用受到抑制。另外，從相鄰?fù)箟K之間的空隙通過的流線是直線，并且它與管軸平行，這并不有助于促進傳熱，由于這個原因，最好將凸塊排成交錯形式。
對于傳統(tǒng)的帶有連續(xù)折皺內(nèi)表面的傳熱管，即帶有二維肋的傳熱管，如圖11所示，雖然它的傳熱效果很好，但是壓力降卻相當高，最好使壓力降小些，因為有大壓降就需要用較大的泵功率來使液體循環(huán)，對于本發(fā)明中的傳熱管，在給定的熱負荷的情況下，傳熱率的增加允許傳熱面積有所減小，結(jié)果壓力降的相應(yīng)降低能夠補償由摩擦系數(shù)的增加帶來的性能下降。
由于管徑對靠近管壁處的湍流生成的影響不大，所以可用內(nèi)徑約為10到25.4mm的管子來制造本發(fā)明中帶有三維凸塊的傳熱管。
顯然，本發(fā)明中的傳熱管也可有一個促進傳熱的、合適的外表面結(jié)構(gòu)，按下列方法可得到一種具有促進傳熱的外表面的具體結(jié)構(gòu)。
首先，用滾輪在料管外表面上滾動的方法來在料管的內(nèi)表面上做出凸塊，料管外表面上的凹坑是為做出內(nèi)表面上的凸塊而形成的，所以難以出于增進傳熱的目的來對這些凹坑做出精細的加工，因此有必要在管子外表面的一些部位上做出促進傳熱的結(jié)構(gòu)，這些外表面部位是平行于管軸的，并且沒有凹坑。本方法的下一步工作是如圖20所示，在管子外表面上的沒有凹坑的平滑區(qū)域207處，構(gòu)造出多孔傳熱表面208，這種多孔傳熱面能有效地促進沸騰傳熱。在圖20中，標號230指的是在做出內(nèi)表面上的凸塊時產(chǎn)生的凹坑。
在做出料管內(nèi)表面上的凸塊之前，可先對料管的外表面做能促進傳熱的精細加工，然而，在這種情況下，在加工內(nèi)表面上的凸塊時，為促進傳熱而做出的外表面上的結(jié)構(gòu)會被作用于外表面上的滾輪所毀壞，因此，在上述情況下，要在做出了內(nèi)表面上的凸塊之后，再對外表面進行精細的加工。
一個對外表面做精細加工的例子是按下列步驟進行的，第一步是，用滾花刀滾出0.1到0.2mm深的淺槽，淺槽與管軸成45°角。然后用基本與管軸垂直的刀具在滾過的表面上開槽，以做出肋212，最好能使肋212的高約為1mm，而肋距約為0.4mm到0.6mm。這樣，在料管的平滑外表面上形成數(shù)排鋸齒狀的肋，接下去，可用滾壓等方法使肋躺倒或折疊，結(jié)果相鄰的肋互相靠得更緊。借此能得到如圖20中所示的多孔結(jié)構(gòu)208，這個結(jié)構(gòu)中有小空腔209，小空腔有位于相鄰肋之間的、通向外面的開口。這樣加工出來的管子的外表面如圖21所示。
在使用這種傳熱管的過程中，水在管內(nèi)循環(huán)流動，同時氟里昂氣體在管外流動。氟里昂是一種具有低沸點的有機介質(zhì)。在殼一管式換熱器中極有可能使用這種傳熱管，這種換熱器中有許多排列在一個筒狀容器中的傳熱管，這種傳熱管還可用作渦輪冷凍機的蒸發(fā)器。在這種情況下，管子里的水的溫度通常比管外氟里昂的溫度高約5-10℃，由于凸塊的存在，管內(nèi)的水流是有旋渦的，這種渦流產(chǎn)生于靠近內(nèi)管壁的區(qū)域。這種管中的管內(nèi)表面與水之間的熱交換與管內(nèi)表面平滑的管子相比是更加有效的。
另一方面，在管外流動的氟里昂沸騰并產(chǎn)生氣泡，這些氣泡一旦產(chǎn)生便被小空腔所收集，結(jié)果在氣泡與空腔表面之間形成了一層氟里昂膜。這層氟里昂薄膜易于蒸發(fā)，因而能利用被稱作潛熱傳輸?shù)默F(xiàn)象來促進傳熱。
圖22表示了傳熱管上的凸塊間距P的影響，該傳熱管如圖21所示，在此假定凸塊的高度為0.3mm。由圖可知，在一定的范圍內(nèi)，間距P能提供高傳熱效率，即當間距P大時，在管的外表面上留存的平滑面積也大，因而可在較寬的區(qū)域內(nèi)加工出能促進傳熱的多孔結(jié)構(gòu)，這就使得在管子外表面與管外流動介質(zhì)之間的傳熱也能相應(yīng)加強。
另一方法，增加內(nèi)表面上的間距P便增加了在管的內(nèi)表面附近的、渦流70不起作用的區(qū)域，這些渦流是由凸塊3引起的，因此，傳熱率急劇下降。在這種情況下，由管內(nèi)的強迫對流所傳送的熱量的減少量超過傳出管外的熱量的增加量，結(jié)果在間距P超過一定的值之后，管的總傳熱效果急劇下降。另一方面，當間距P下降到某一定值以下時，能利用渦流來促進傳熱的管內(nèi)表面不再增加，結(jié)果實際上也得不到由管內(nèi)的強迫對流引起的傳熱效率率增加。另外，較小的凸塊間距P使管外表面上對傳熱有促進作用的多孔結(jié)構(gòu)的面積也小很多，至使在管外表面上的沸騰傳熱下降。結(jié)果，當間距P降到某一值以下時，總的傳熱率降低。
由于這些原因，所以只有在凸塊間距P的值在一給定的范圍內(nèi)時，傳熱管才有較高的整體傳熱率。對于如圖22所示的結(jié)構(gòu)，最佳值的范圍是5mm-15mm。
本發(fā)明的傳熱管可用于殼一管式熱交換器。如圖24所示，這種熱交換器可按下述步驟來制造擴張管的兩端215;加工出凸塊;將管子插到端板216上相應(yīng)的孔中;使管的端部擴張，以便將管固定在端板上。如果管子的兩端不留直段，則不能用傳統(tǒng)的拉撥的方法做出凸塊。所以，在應(yīng)用傳統(tǒng)的方法時，首先在管的內(nèi)表面上做出凸塊，然后將管兩端的凸塊切削掉，使管的兩端有平滑的表面，最后擴張管端。這樣，本發(fā)明的傳熱管還有利于減少總裝殼一管式熱交換器的步驟。
權(quán)利要求
1.用于單相流動的傳熱管，在這種傳熱管的內(nèi)表面上沿一條或多條螺旋線，排列著一排或多排凸塊，每一排都是由許多互不相連的，獨立的凸塊組成，管的內(nèi)表面上，處于相鄰?fù)箟K排之間的那些部分是平行于管軸的表面，這種傳熱管的特點是每一個凸塊在其高度上的任何一處，包括它的底部都有一個由圓形或橢圓形或類似形狀的平滑曲線構(gòu)成的橫截面，凸塊的橫截面積由其底部到其頂部逐漸減少。
2.如權(quán)利要求
1中所提出的，用于單相流動的傳熱管，其中提到的凸塊的高度為0.45～0.6mm，周向間距在3.5～5mm的范圍內(nèi)。
3.加工帶有一排或多排凸塊的，用于單相流動的傳熱管的方法，這些凸塊是在管的內(nèi)表面上沿一條或多條螺旋線，經(jīng)塑性加工而形成的，每排上都包含許多互不相連的、獨立的凸塊，相鄰的凸塊排之間的管內(nèi)表面是平行于管軸的，所提出的加工方法包括用一種滾輪裝置轆壓料管的外表面，這種滾輪的外圓周面上有互不相連的、獨立的凸塊，以便在料管的內(nèi)表面上形成相應(yīng)的沿徑向向內(nèi)的凸塊。
4.如權(quán)利要求
3中提出的，對用于單相流動的傳熱管的加工方法，其中提到的滾輪裝置至少包括一個用于固定上面所提到的料管的滾輪，并至少包括一個齒輪狀輪，要使這些用于固定料管的滾輪和齒輪狀輪在料管的外表面上、繞料管軸進行滾壓，從而在料管的內(nèi)表面上形成一排或多排凸塊。
專利摘要
一種用于單相流的傳熱管，在其內(nèi)表面上沿著一條或多條螺旋線排列著數(shù)排不連續(xù)的凸塊。每個凸塊在其任意指定的高度上(包括底部)都具有圓形、橢圓形或類似的由平滑曲線組成的橫截面。凸塊的橫截面積由其底部向頂部逐漸縮小。
文檔編號B21D53/06GK85104710SQ85104710
公開日1986年12月24日 申請日期1985年6月19日
發(fā)明者桑原平吉, 高橋研二, 柳田武彥, 恒 中山, 杉本滋郎, 清 大泉 申請人:株式會社日立制作所, 日立電線株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan