一種三邊螺旋紐帶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型專利涉及一種管內(nèi)插入物即紐帶，尤其涉及一種用于換熱管內(nèi)強化流體換熱和防止結(jié)垢的新型三邊螺旋紐帶。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于石油、化工、動力、核能、冶金、制冷等行業(yè)，是一種熱量傳遞的基礎(chǔ)設(shè)備。例如在煉油廠中，換熱設(shè)備約占全部工藝設(shè)備投資的35%?40%，換熱設(shè)備效率的高低對節(jié)能有著重要意義。采用強化換熱技術(shù)、提高換熱器效率是當(dāng)前換熱器研宄領(lǐng)域的一項重要課題。
[0003]在眾多強化換熱措施中，采用管內(nèi)強化傳熱元件如螺旋彈簧、螺旋片、轉(zhuǎn)子、紐帶等實現(xiàn)換熱設(shè)備強化換熱的優(yōu)勢明顯，尤其是近年來管內(nèi)強化傳熱技術(shù)方面取得了豐碩的研宄成果，實現(xiàn)了多種新型高效換熱設(shè)備的工程應(yīng)用。紐帶作為一種高效強化換熱的擾流元件，廣泛應(yīng)用于換熱設(shè)備的強化換熱、防垢及流體混合等領(lǐng)域。
[0004]國內(nèi)外學(xué)者針對內(nèi)置紐帶管內(nèi)流體流動及強化傳熱開展了諸多研宄，主要是普通紐帶和在此基礎(chǔ)上改進而成的異形紐帶，如邊緣開口紐帶、鋸齒紐帶、中心開孔紐帶、雙紐帶、折邊紐帶、交錯紐帶等。相比于普通扭，雖然異形紐帶的強化效果有了一定的提升，但所廣生的流體流動阻力也相應(yīng)加大，綜合性能有待進一步提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種三邊螺旋紐帶，它具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、實用性強、換熱系數(shù)高、綜合換熱性能好等優(yōu)點。
[0006]一種三邊螺旋紐帶，具有周期性結(jié)構(gòu)，由厚度約為1mm，寬度相同的三個金屬薄片組成，三個金屬薄片的長邊對接并焊在一起，相鄰兩金屬薄片的夾角為120° ;三邊螺旋紐帶經(jīng)過螺旋扭曲加工而成，其扭率為2.0左右。
[0007]所述三邊螺旋紐帶外徑比換熱管內(nèi)徑小0.5?1.0mm,三邊螺旋紐帶長度與換熱管等長或稍短。
[0008]所述三邊螺旋紐帶插入換熱管內(nèi)不需要設(shè)置固定裝置。
[0009]所述三邊螺旋紐帶材質(zhì)根據(jù)具體工況而定，對于有腐蝕性介質(zhì)的場合，選用不銹鋼材質(zhì)，也可采用塑料注塑成型；對于沒有腐蝕性介質(zhì)的場合，選用普通碳鋼材質(zhì)。
[0010]本實用新型采用上述技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:一是管內(nèi)插入三邊螺旋紐帶，能誘導(dǎo)管內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)，使流體產(chǎn)生螺旋流動和二次流，增加了流體流程、湍流度，以及流體與換熱管壁的接觸時間，使換熱更充分；二是管內(nèi)插入三邊螺旋紐帶，能促使換熱管中心區(qū)流體和壁面邊界層流體充分混合，減薄滯留層，達到強化傳熱的目的；三是螺旋紐帶采用三邊結(jié)構(gòu)，比普通紐帶的擾流效果更強，強化傳熱和減小流阻的綜合效果更優(yōu)。
【附圖說明】
[0011]圖1是三邊螺旋紐帶的三維效果圖；
[0012]圖2是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的三維剖面圖；
[0013]圖3是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的縱截面圖；
[0014]圖4是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的橫截面圖；
[0015]圖5是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的努塞爾數(shù)隨雷諾數(shù)Tfe的變化圖；
[0016]圖6是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的阻力系數(shù)雷諾數(shù)Zfe的變化圖；
[0017]圖7是內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的綜合性能評價指標(biāo)/??隨雷諾數(shù)Zfe的變化圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)做進一步詳細描述:
[0019]圖中，1-空管，2-三邊螺旋紐帶，H-紐帶半節(jié)距，Θ-紐帶相鄰兩邊的夾角，nr-紐帶邊長，土換熱管內(nèi)徑，紐帶厚度。
[0020]三邊螺旋紐帶具有周期性結(jié)構(gòu)，由厚度約為1mm，寬度相同的三個金屬薄片組成，三個金屬薄片的長邊對接并焊在一起，焊接工藝采用二保焊焊接，相鄰兩金屬薄片的夾角
θ% 120°。
[0021]三邊螺旋紐帶經(jīng)過螺旋扭曲加工而成，其扭率_7與半節(jié)距嫌]關(guān)系為:尸切V，通過改變辨!到不同扭率的三邊螺旋紐帶，其扭率_7為2.0左右。
[0022]三邊螺旋紐帶的三個邊呈均勻放射狀分布，其厚度喲為1mm，材料根據(jù)具體工況而定，對于有腐蝕性介質(zhì)的場合，三邊螺旋紐帶可選用不銹鋼材質(zhì)，也可采用塑料注塑成型；對于沒有腐蝕性介質(zhì)的場合，選用普通碳鋼材質(zhì)。
[0023]應(yīng)用實例:
[0024]換熱管全長Z=600mm，內(nèi)徑古20.0mm ;三邊螺旋紐帶全長560mm，邊長》=9.0mm,厚度5=1.0mm,半節(jié)距佐40.0mm,扭率尸矽冶2.0。在湍流工況下，運用數(shù)值模擬軟件ANSYS15.0對內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體傳熱及流阻進行了模擬，并與空管和內(nèi)插普通紐帶管進行了對比，對比結(jié)果如圖5、6、7所示。
[0025]圖5所示為隨Zfe的變化規(guī)律。內(nèi)插普通紐帶管和內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的M/均明顯高于同工況下空管。由計算結(jié)果可知，內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的比空管提高70%?116%，比內(nèi)插普通紐帶管提高8.34%?9.72%。內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的換熱性能較好。
[0026]圖6所示為Tfe的變化規(guī)律。內(nèi)插普通紐帶管和內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的阻力系數(shù)/均遠高于同工況下空管，同時內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的阻力系數(shù)Λ&高于普通紐帶管。由計算結(jié)果可知，內(nèi)插三邊螺旋紐帶管內(nèi)流體的阻力系數(shù)/分別比空管和內(nèi)插普通紐帶管的/高出251%?327%和9.23%?11.36%。
[0027]圖7所示為綜合性能評價指標(biāo)/?? Zfe的變化規(guī)律。相比于空管和內(nèi)插普通紐帶管，內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的/??值較高，綜合性能較好。內(nèi)插三邊螺旋紐帶管的/??可達1.33，分別比空管和內(nèi)插普通紐帶管的高出12%?33%，5.47%?5.98%。
[0028]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種三邊螺旋紐帶，其特征在于，三邊螺旋紐帶具有周期性結(jié)構(gòu)，由厚度約為1mm、寬度相同的三個金屬薄片組成，三個金屬薄片的長邊對接并焊在一起，相鄰兩金屬薄片的夾角為120° ;三邊螺旋紐帶經(jīng)過螺旋扭曲加工而成，其扭率為2.0左右。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三邊螺旋紐帶，其特征在于，所述三邊螺旋紐帶外徑比換熱管內(nèi)徑小0.5?1.0mm，其長度與換熱管等長或稍短。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三邊螺旋紐帶，其特征在于，所述三邊螺旋紐帶材質(zhì)根據(jù)具體工況而定，對于有腐蝕性介質(zhì)的場合，可選用不銹鋼材質(zhì)，也可采用塑料注塑成型；對于沒有腐蝕性介質(zhì)的場合，選用普通碳鋼材質(zhì)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種三邊螺旋紐帶，其特征在于，三邊螺旋紐帶具有周期性結(jié)構(gòu)，由厚度約為1mm、寬度相同的三個金屬薄片組成，三個金屬薄片的長邊對接并焊在一起，相鄰兩個金屬薄片的夾角為120o；三邊螺旋紐帶經(jīng)過螺旋扭曲加工而成，其扭率為2.0左右；三邊螺旋紐帶外徑比換熱管內(nèi)徑小0.5～1.0mm，其長度一般與換熱管等長或稍短；三邊螺旋紐帶插入換熱管內(nèi)不需要設(shè)置固定裝置；三邊螺旋紐帶材質(zhì)根據(jù)具體工況而定，對于有腐蝕性介質(zhì)的場合，可選用不銹鋼材質(zhì)，也可采用塑料注塑成型；對于沒有腐蝕性介質(zhì)的場合，選用普通碳鋼材質(zhì)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，直接插入換熱管內(nèi)即可，具有強化管內(nèi)流體傳熱和防垢的雙重功能，經(jīng)濟性較好，實用性較強。
【IPC分類】F28F13/12
【公開號】CN204630461
【申請?zhí)枴緾N201520298894
【發(fā)明人】吳金星, 李亞飛, 王超, 王明強, 劉艷會, 彭旭, 栗俊芬
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月11日