專利名稱：須毛狀傳熱強(qiáng)化元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種須毛狀傳熱強(qiáng)化元件，屬傳熱強(qiáng)化和換熱器技術(shù)領(lǐng)域。
在動(dòng)力、石油、化工、治金、航空航天等領(lǐng)域都要應(yīng)用大量的傳熱裝置和換熱器。其中換熱或換熱器的效率對降低能耗和設(shè)備投資起著重要作用，因此傳熱強(qiáng)化技術(shù)和裝置幾十年來一直是工程界極為重視的研究課題，并已有幾十甚至上百種的傳熱強(qiáng)化裝置的發(fā)明。但是這些強(qiáng)化裝置的普遍特點(diǎn)是傳熱強(qiáng)化的同時(shí)，流動(dòng)阻力和功耗增加十分顯著，一般情況下，換熱系數(shù)增加一倍，功耗則增加更多。因此，很大程度上影響這些強(qiáng)化裝置的推廣應(yīng)用。如1988年烴加工出版社出版的＂換熱器＂中冊，第34-38頁記載的內(nèi)翅片管式傳熱強(qiáng)化元件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點(diǎn)是管子內(nèi)壁有翅片，翅片與管子是一體的或不是一體的，兩者材料相同或不相同。翅片沿管長方向是連續(xù)的。強(qiáng)化傳熱原理是增加傳熱表面積，當(dāng)翅片有螺旋角時(shí)，還使流體產(chǎn)生旋流而增強(qiáng)傳熱。其缺點(diǎn)是這種傳熱元件加工困難，運(yùn)行時(shí)阻力大，因而功耗大。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種須毛狀傳熱強(qiáng)化元件，將金屬細(xì)絲布置在流體通道內(nèi)，通過強(qiáng)化通道中心區(qū)域流體與近壁處流體壁之間的換熱達(dá)到增強(qiáng)流體與通道壁換熱的目的。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的須毛狀傳熱強(qiáng)化元件，由流體通道、金屬細(xì)絲和支架組成。支架處于通道中軸線上，金屬細(xì)絲固定于支架上，1～3根金屬細(xì)絲形成與通道壁面成80～100°的截面，截面上的金屬細(xì)絲沿圓周均布，相鄰兩截面之間的距離為1～5mm，每相鄰兩截面中相應(yīng)金屬細(xì)絲的位置改變30～90°，金屬細(xì)絲的直徑為0.05～1mm。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的須毛狀傳熱強(qiáng)化元件，用于各種傳熱設(shè)備和換熱器中，在Re=300～4000范圍內(nèi)，換熱系數(shù)可以提高2～25倍，而功耗只增加1～3倍(取決于流體介質(zhì)的種類和速度等參數(shù))，從而能推廣應(yīng)用于各種傳熱設(shè)備和換熱器中，特別適用于氣體或低導(dǎo)熱系數(shù)的液體作為傳熱介質(zhì)的換熱器。


圖1是已有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。
圖4是圖3的A-A向剖視圖。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的內(nèi)容。
圖2-圖4中，1是流體通道，2是支架，3、4、5、6、7、8為須毛狀金屬絲。
如圖2所示，支架2處于流體通道1的中軸線上，金屬細(xì)絲固定于支架上。金屬細(xì)絲3、4處于同一截面上，金屬細(xì)絲5、6處于又一截面上，兩截面之間的距離為1～5mm。而且細(xì)絲5相對于細(xì)絲3改變了一定角度，如30～90°，圖中所示改變了45°。同樣細(xì)絲6相對于細(xì)絲4也改變了45°。細(xì)絲組成的截面與流體通道壁面1成80-100°角，最好保持垂直。細(xì)絲與通道壁可以焊接，也可以不焊接，插入的細(xì)絲與通道壁接觸較差時(shí)，亦有明顯的強(qiáng)化傳熱效果。如果將細(xì)絲與通道壁焊接可以不用支架。金屬細(xì)絲必須由高導(dǎo)熱材料制成，直徑為0.05-1mm，絲徑越細(xì)，傳熱強(qiáng)化效果越好。圖3為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，每一截面上只設(shè)置一根細(xì)絲，如7、8，而細(xì)絲8相對于細(xì)絲7的位置改變了90°。圖4為圖3的A-A向剖視圖。管道中所有插入的金屬絲所占空間很小，因而通道空隙率高達(dá)98％以上，對流體的擾動(dòng)很小，所以增加的阻力也不大。
本實(shí)用新型經(jīng)理論分析，數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于須毛狀金屬絲很細(xì)，而且垂直于通道壁，所以傳熱強(qiáng)化明顯，高于其他插入物。由于金屬絲很細(xì)，而且阻塞度很小(＜2％)，即空隙度＞98％，所以與其它類型插入物相比阻力增加要低得多。
實(shí)施例圓管道內(nèi)徑10mm管道長度200mm須毛狀物參數(shù)材料紫銅絲徑0.5mm排列沿流向每隔2.5mm放置一根絲，位于管道直徑位置，并依次改變90度角流體介質(zhì)空氣流速范圍0.5-7m/s進(jìn)口條件速度充分發(fā)展雷諾數(shù)范圍Re=300-4000傳熱強(qiáng)化效果雷諾數(shù)Re=2000條件下，與光管相比(1)換熱系數(shù)提高了7.4倍(2)功耗增加2.2倍(3)強(qiáng)化換熱評價(jià)準(zhǔn)則η=(NU/NU0)/(ξ/ξ0)1/3=3.31。
其中(NU/NL0)代表強(qiáng)化后與未強(qiáng)化時(shí)換熱增加之比，(ξ/ξ0)1/3代表強(qiáng)化后與未強(qiáng)化時(shí)的功耗增加之比，η代表相同功耗下的換熱了強(qiáng)度的增加。
一般當(dāng)強(qiáng)化裝置的η＞1時(shí)，已認(rèn)為很好了，而本實(shí)用新型的η＞3.5，明顯優(yōu)于現(xiàn)有的強(qiáng)化裝置。將它應(yīng)用于換熱器中，可望大幅度節(jié)省能量或大幅度減少傳熱面積，降低換熱器重量。
權(quán)利要求1.一種須毛狀傳熱強(qiáng)化元件，其特征在于該傳熱強(qiáng)化元件由流體通道、金屬細(xì)絲和支架組成，所述的支架處于通道中軸線上，金屬細(xì)絲固定于支架上，1～3根金屬細(xì)絲形成與通道壁面成80～100°的截面，截面上的金屬細(xì)絲沿圓周均布，相鄰兩截面之間的距離為1～5mm，每相鄰兩截面中相應(yīng)金屬細(xì)絲的位置改變30～90°，所述的金屬細(xì)絲的直徑為0.05～1mm。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱強(qiáng)化元件，其特征在于所述的截面上設(shè)有一根金屬細(xì)絲。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種須毛狀傳熱強(qiáng)化元件,該元件由流體通道,金屬細(xì)絲和支架組成。支架處于通道的中軸線上,1～3根金屬細(xì)絲形成與通道壁面成80～100°的截面,截面上的金屬細(xì)絲沿圓周均布。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的傳熱強(qiáng)化元件,在Re=300～4000范圍內(nèi),換熱系數(shù)可以提高2～25倍,而功耗只增加1—3倍,從而能廣泛應(yīng)用于各種傳熱設(shè)備和換熱器中,特別適用于以氣體或低導(dǎo)熱系數(shù)的流體作為傳熱介質(zhì)的換熱器。
文檔編號F28F1/12GK2319773SQ9820204
公開日1999年5月19日 申請日期1998年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月6日
發(fā)明者過增元, 李志信, 胡桅林, 王崧 申請人:清華大學(xué)