本發(fā)明涉及一種管內(nèi)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于化工、能源、制冷等熱交換設(shè)備。

背景技術(shù)：

熱交換設(shè)備是機(jī)械制造、能源化工、交通運(yùn)輸?shù)鹊湫托袠I(yè)領(lǐng)域不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，熱交換性能的優(yōu)劣對(duì)能源的有效利用具有重大影響。開發(fā)新型、高效的強(qiáng)化傳熱技術(shù)，成為提高換熱器傳熱效率的必然選擇，同時(shí)也是節(jié)約能源、減少投資成本的重要舉措。

管內(nèi)強(qiáng)化通常采用紐帶，擾流元件及渦流發(fā)生器等。這些方法通常是增加邊界層速度梯度，增加流體的湍流強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)傳熱能力的強(qiáng)化，其缺陷是換熱能力提升的同時(shí)流體流動(dòng)阻力急劇上升，單位功泵大幅上升，極大地增大了能量的損耗。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01310116252.6，名稱為：強(qiáng)化傳熱擾流子，公開了一種改進(jìn)型螺旋紐帶強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)螺旋紐帶上挖出多道矩形孔，經(jīng)過處理后的結(jié)構(gòu)能降低流動(dòng)壓降，該強(qiáng)化結(jié)構(gòu)仍然是螺旋紐帶，其強(qiáng)化方式未發(fā)生本質(zhì)性改變，因此流阻下降程度有限。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01510235436.3，名稱為：一種三邊螺旋紐帶，公布了一中三邊式螺旋紐帶，該紐帶不同于傳統(tǒng)單邊紐帶，其結(jié)構(gòu)由三條紐帶拼接而成。這種結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)化傳熱和防垢雙重功能，但其流動(dòng)性能較單邊紐帶有所下降。目前管內(nèi)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)鮮有對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)，溫度場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，從而減少不必要的擾動(dòng)，最大限度減少流動(dòng)損耗，使得管內(nèi)流場(chǎng)，溫度場(chǎng)分布得到大幅改善，最終達(dá)到最優(yōu)換熱效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在提升換熱能力的同時(shí)，可以最大限度減少流阻的上升，使得傳熱效率最大化。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，包括主干部分，所述主干部分為一長(zhǎng)管，所述長(zhǎng)管上沿軸向設(shè)有多組枝干部分，每組枝干部分包括多個(gè)沿圓周方向均布的枝干，所述枝干為“s”型。

優(yōu)選地，所述多組枝干部分在主干部分上均勻分布或者按需不均勻分布，根據(jù)管內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布特點(diǎn)，各組枝干部分的枝干或者對(duì)齊或者錯(cuò)開。

優(yōu)選地，所述主桿部分和枝干均為空心管，主桿部分上開設(shè)有用于安裝枝干的小孔，并且主桿部分與枝干互相連通。

優(yōu)選地，所述枝干外表呈流線型結(jié)構(gòu)，其外表轉(zhuǎn)接處由光滑曲線連接。

優(yōu)選地，所述主桿部分和枝干均為實(shí)心管。

優(yōu)選地，所述主桿部分和枝干為金屬材料或者非金屬材料制成。

優(yōu)選地，每組枝干部分中至少包括三個(gè)枝干。

本發(fā)明的有益效果：

1)由于換熱管內(nèi)外存在溫度差，使得位于換熱管中心區(qū)域和換熱管管壁區(qū)域的流體產(chǎn)生溫度差，位于換熱管中心區(qū)域和換熱管管壁區(qū)域的流體的流動(dòng)速度也存在差異。傳統(tǒng)的紐帶強(qiáng)化結(jié)構(gòu)通常是對(duì)邊界層進(jìn)行強(qiáng)化，流體的湍流強(qiáng)度會(huì)得到加強(qiáng)，從而急劇增加了流體的流動(dòng)阻力，由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的擾動(dòng)沒有根據(jù)換熱管內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性布置，因此很大一部分?jǐn)_動(dòng)是無效的，從而增加了無效功泵的輸入。本發(fā)明有別于傳統(tǒng)紐帶強(qiáng)化結(jié)構(gòu),該樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)可使得換熱管中心區(qū)域流體沿著枝干順暢地流向換熱管管壁區(qū)域，其調(diào)控流體的路線與管內(nèi)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布相吻合，因此可以避免絕大多數(shù)無效的擾動(dòng)，在達(dá)到強(qiáng)化傳熱的同時(shí)可最大限度減少無用功的消耗；

2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管狀主干、枝干可采用實(shí)心棒料或者空心棒料，可直接插入換熱管內(nèi)使用，進(jìn)一步簡(jiǎn)化制造過程，無需輔助安裝零件；與傳統(tǒng)管內(nèi)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明在提升換熱管換熱能力的同時(shí)，其流動(dòng)損耗可降到最低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的主視圖。

圖3為圖1的左視圖。

其中：

1.主干部分；2.枝干部分。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，包括主干部分1，所述主干部分1為一長(zhǎng)管，所述長(zhǎng)管上沿軸向設(shè)有多組枝干部分2，每組枝干部分2包括至少三個(gè)沿圓周方向均布的枝干，所述多組枝干部分2在主干部分1上均勻分布或者按需不均勻分布，各組枝干部分2的枝干或者對(duì)齊或者錯(cuò)開。所述枝干為“l(fā)”型，枝干外表呈流線型結(jié)構(gòu)，其外表轉(zhuǎn)接處由光滑曲線連接。

所述主桿部分和枝干可為空心管或者實(shí)心管，主桿部分和枝干為空心管時(shí)互相連通。主桿部分和枝干可由金屬材料或者非金屬材料制成。

本實(shí)施例中，換熱管內(nèi)徑尺寸為32mm，管長(zhǎng)為1300mm，根據(jù)此尺寸，樹枝狀仿生強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的主干采用內(nèi)徑為6mm、外徑為7mm、長(zhǎng)為1300mm的空心銅管；枝干采用內(nèi)徑為2mm，外徑為2.5mm，管長(zhǎng)為40mm的空心銅管，總共設(shè)有13組枝干部分2，每組枝干部分2的間距為100mm，每組枝干部分2包括五個(gè)枝干，每個(gè)枝干為“s”型，各組枝干部分2的枝干對(duì)齊。

使用時(shí)，將本發(fā)明所述的樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)放入換熱管內(nèi)。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種樹枝狀仿生換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，包括主干部分，所述主干部分為一長(zhǎng)管，所述長(zhǎng)管上沿軸向設(shè)有多組枝干部分，每組枝干部分包括多個(gè)沿圓周方向均布的枝干，所述枝干為“S”型，所述多組枝干部分在主干部分上均勻分布或者按需不均勻分布，各組枝干部分的枝干或者對(duì)齊或者錯(cuò)開。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管狀主干、枝干也可采用實(shí)心棒料，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化制造過程，無需輔助安裝零件，可直接插入換熱管使用；與傳統(tǒng)管內(nèi)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明使可得換熱管中心區(qū)域流體沿著枝干順暢地流向換熱管管壁區(qū)域，其調(diào)控流體的路線與管內(nèi)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布相吻合，其流動(dòng)損耗可降到最低。

技術(shù)研發(fā)人員：涂文斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.07
技術(shù)公布日：2017.09.15