一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管的制作方法
【專利摘要】一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管，包括基管和螺旋紐帶，所述螺旋紐帶盤(pán)旋在基管內(nèi)，其特征在于，所述螺旋紐帶由金屬泡沫材料制成，且被燒結(jié)于基管的內(nèi)壁上。本發(fā)明根據(jù)強(qiáng)化傳熱基本原理，將金屬泡沫材料的特點(diǎn)與湍流理論相結(jié)合。當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在螺旋紐帶的導(dǎo)流作用下，會(huì)產(chǎn)生螺旋狀的渦，破壞了流體的邊界層，增強(qiáng)了擾動(dòng)，大大提高了換熱系數(shù)，同時(shí)，因?yàn)榻饘倥菽亩嗫?，一部分流體還可以穿過(guò)紐帶孔隙，減少流動(dòng)阻力。此外，在管內(nèi)燒結(jié)這類高孔隙率的金屬泡沫螺旋紐帶，可以將換熱面延伸到了流體內(nèi)部，極大地?cái)U(kuò)展了流體與壁面的換熱面積。
【專利說(shuō)明】 一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化換熱管，尤其涉及一種流體換熱器或散熱器中的金屬泡沫螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。

【背景技術(shù)】
[0002]管內(nèi)安裝螺旋紐帶強(qiáng)化換熱管一類增強(qiáng)流體擾動(dòng)、混合和除垢的高效強(qiáng)化換熱形式。現(xiàn)有較多的學(xué)者對(duì)管內(nèi)加裝螺旋紐帶裝置進(jìn)行了研究，在管內(nèi)加裝金屬泡沫材料的螺旋紐帶是一種比較有效的強(qiáng)化換熱方式。專利(^2568324提出了一種在基管內(nèi)加裝螺旋紐帶的裝置；文獻(xiàn):螺旋紐帶在凝汽器中強(qiáng)化換熱及除垢的應(yīng)用(毛琨，李連杰:^^,2007)研究了螺旋紐帶在凝汽器中強(qiáng)化換熱及除垢的應(yīng)用；文獻(xiàn):臥式管內(nèi)流體動(dòng)力自動(dòng)清洗螺旋紐帶的結(jié)構(gòu)關(guān)系研究(劉吉兆，劉志儒，俞秀民研究了螺旋紐帶結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)紐帶清洗能力、流體阻力及傳熱強(qiáng)化的關(guān)系。這些研究對(duì)螺旋紐帶在管內(nèi)安裝方式各有特點(diǎn)，但是這類強(qiáng)化換熱管普遍采用將螺旋紐帶與管壁分離的做法，非牢固固定的螺旋紐帶增加了換熱管的易損性，且由于螺旋紐帶不與管壁接觸其導(dǎo)熱能力被大大限制。此夕卜，制造螺旋紐帶所采用的材料基本都是金屬薄片，因此這類強(qiáng)化換熱管的流體混合受到了一定的限制。
[0003]金屬泡沫是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類集高導(dǎo)熱性、高通透性、高表面積密度、輕質(zhì)、優(yōu)良機(jī)械性能和較好流體混合能力等于一體的理想換熱材料。由于金屬泡沫具有很強(qiáng)的流體擾動(dòng)能力和導(dǎo)流能力，能極大增強(qiáng)流體湍動(dòng)度。金屬泡沫完全填充的強(qiáng)化換熱通道的換熱性能極強(qiáng)，但壓降也很大，這大大限制類這類完全填充金屬泡沫強(qiáng)化換熱形式的應(yīng)用。而以金屬泡沫作為旋流元件的部分填充金屬泡沫強(qiáng)化換熱管，不僅能使流體流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生大量二次流，而且具有較小的流動(dòng)壓降。與傳統(tǒng)采用金屬薄片螺旋紐帶的強(qiáng)化管相比，金屬泡沫螺旋紐帶強(qiáng)化管不僅能提升紐帶兩側(cè)流體的混合效果，而且金屬泡沫燒結(jié)在管壁的被動(dòng)強(qiáng)化換熱形式可將管壁熱量有效傳遞到流體內(nèi)部，從而達(dá)到肋片式強(qiáng)化換熱效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決傳統(tǒng)強(qiáng)化換熱管存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種牢固耐用、導(dǎo)熱性能好、流體混合能力強(qiáng)的螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管，包括基管和盤(pán)旋在基管內(nèi)的螺旋紐帶，其特征在于，該螺旋紐帶由金屬泡沫材料制成，且被固定于基管的內(nèi)壁上。
[0006]優(yōu)選地，該螺旋紐帶是通過(guò)材料燒結(jié)技術(shù)固定于所述基管內(nèi)壁上的。
[0007]螺旋紐帶可貫穿于整個(gè)強(qiáng)化換熱管的管段，也可優(yōu)選地設(shè)置于距管口不大于50倍管徑的距離處，特別優(yōu)選為25?50倍的管徑距離處，以保證擾動(dòng)的流體部分為充分發(fā)展段。
[0008]優(yōu)選地，金屬泡沫材料的孔隙率范圍為0.8-0.99，孔密度范圍為5？？1-300？？1。
[0009]優(yōu)選地，金屬泡沫材料為銅、鋁及其合金等高導(dǎo)熱性材料。
[0010]優(yōu)選地，螺旋紐帶的厚度8不大于0.3倍的基管內(nèi)徑屯，即6 ^ 0.3(1,.
[0011]優(yōu)選地，螺旋紐帶的螺距小于管長(zhǎng)，對(duì)于常規(guī)尺寸的長(zhǎng)管(管長(zhǎng)I ? 30^),螺旋紐帶的螺距⑶的范圍為20臟彡8彡200臟。
[0012]優(yōu)選地，螺旋紐帶的直徑(1等于基管內(nèi)徑屯。
[0013]優(yōu)選地，該強(qiáng)化換熱管內(nèi)流體的種類為非腐蝕性的流體。
[0014]本發(fā)明根據(jù)強(qiáng)化傳熱基本原理，將金屬泡沫材料的特點(diǎn)與湍流理論相結(jié)合，所提供的強(qiáng)化管是一種帶有金屬泡沫螺旋紐帶的被動(dòng)強(qiáng)化換熱管。當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在螺旋紐帶的導(dǎo)流作用下，會(huì)產(chǎn)生螺旋狀的渦，破壞了流體的邊界層，增強(qiáng)了擾動(dòng)，大大提高了換熱系數(shù)，同時(shí)，因?yàn)榻饘倥菽亩嗫?，一部分流體還可以穿過(guò)紐帶孔隙，減少流動(dòng)阻力。此夕卜，在管內(nèi)燒結(jié)這類高孔隙率的金屬泡沫螺旋紐帶，可以將換熱面延伸到了流體內(nèi)部，極大地?cái)U(kuò)展了流體與壁面的換熱面積。如果將這類被動(dòng)強(qiáng)化換熱管應(yīng)用到管式換熱器和散熱器中，不僅能夠提高管式換熱設(shè)備的換熱性能，而且可以保證較低的壓降。而且該結(jié)構(gòu)不需要額外增加其它裝備，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無(wú)須在原設(shè)備的結(jié)構(gòu)上做較大改變，還適宜作為換熱設(shè)備的強(qiáng)化換熱管件更換。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明換熱管的沿軸向截面示意圖
[0016]圖2是本發(fā)明換熱管的垂直軸向截面示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明涉及的一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管包括:基管1、螺旋紐帶2、流體入口端3和流體出口端4。其中，螺旋紐帶2由多孔的金屬泡沫材料制成，通過(guò)泡沫燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)到換熱管的基管內(nèi)壁上，螺旋紐帶2的直徑與基管1的內(nèi)徑相同，且該螺旋紐帶2的兩端均設(shè)置于距管口 30倍管徑的距離處。管壁在受到流體冷卻或加熱的時(shí)候，換熱流體從流體入口端3進(jìn)入換熱管，在螺旋紐帶的導(dǎo)流作用下旋流流動(dòng)，同時(shí)流體從金屬泡沫的孔隙中穿過(guò)，顯著的增強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，提高了換熱性能，交換完熱量后從流體出口端4流出。
[0020]實(shí)施例2
[0021]本實(shí)施例中，螺旋紐帶2的直徑略小于基管1的內(nèi)徑，且該螺旋紐帶的兩端均設(shè)置于距管口 50倍管徑的距離處。另外，采用的金屬泡沫材料為銅鋁合金，金屬泡沫材料的孔隙率為0.85，孔密度為200？？1。螺旋紐帶2的厚度為基管1內(nèi)徑的0.2倍，適用的流體為空氣等導(dǎo)熱系數(shù)較小的氣體。
[0022]實(shí)施例3
[0023]本實(shí)施例中，螺旋紐帶2的直徑等于基管1的內(nèi)徑，且該螺旋紐帶的兩端均設(shè)置于距管口 40倍管徑的距離處。另外，采用的金屬泡沫材料為銅或鋁，金屬泡沫材料的孔隙率范圍為0.9，孔密度范圍為20？？1。螺旋紐帶2的厚度為基管1內(nèi)徑的0.1倍，適用的流體為粘度較大、導(dǎo)熱能力較好的液體。
[0024]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋紐帶被動(dòng)強(qiáng)化換熱管，包括基管和螺旋紐帶，所述螺旋紐帶盤(pán)旋在基管內(nèi)，其特征在于，所述螺旋紐帶由金屬泡沫材料制成，且被固定于基管的內(nèi)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述螺旋紐帶是通過(guò)材料燒結(jié)技術(shù)固定于所述基管內(nèi)壁上的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述螺旋紐帶設(shè)置于距所述基管管口不大于50倍管徑的距離處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述螺旋紐帶設(shè)置于距所述基管管口 25?50倍管徑的距離處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述金屬泡沫材料的孔隙率范圍為0.8-0.99，孔密度范圍為5PP1-300PPI。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述金屬泡沫材料為銅、鋁或其合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述螺旋紐帶的厚度δ和所述基管內(nèi)徑dt之間的關(guān)系為δ彡0.3dt。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:當(dāng)所述基管的管長(zhǎng)L> 30cm時(shí)，所述螺旋紐帶的螺距B的范圍為20mm彡B彡200mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化換熱管，其特征在于:所述螺旋紐帶的外緣直徑等于基管內(nèi)徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的強(qiáng)化換熱管在換熱器或散熱器上的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】F28F1/40GK104296584SQ201410552661
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】徐會(huì)金, 段欣悅, 黃善波, 徐明海, 毛歡 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)