专利名称：分形表面结构式换热管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种换热装置，具体涉及的是一种为强化换热而设计的具有分形 表面结构特征的换热管。
背景技术：
换热器广泛用于能源、动力、环保、化工等工业应用领域。随着工业节能减排工作 的推进，对涉及能耗的各个环节采用积极有效的节能措施将具有重要工程价值和意义。对 换热器进行优化设计，提高其换热效能，是节能减排的一个重要举措。换热管是换热器的主要部件之一，对其进行优化设计是提高换热器效能的重要途 径。由场协同理论可知，对于流动换热而言，光滑管设计并不是最为优化的换热方式。对 流换热的热阻主要集中在底层，所以强化底层的换热是重点，同时改善管内流动，增加管内 扰流，为强化换热的方向。目前，换热管的强化换热一般是采用螺纹、波纹等肋化表面设计 来实现。该种肋化表面是通过在流动换热区域内产生的局部扰动，提高了流体湍动能强度， 实现了传热边界层的重新生成并增强了通道内冷热流体传热系数，提高了换热管的传热性 能。然而，现有的螺纹、波纹等肋化表面设计尚未能充分利用换热管的表面空间，并且，还缺 少考虑流体主流流型对管内热传递影响。为此，本实用新型将换热管表面设计成具有分形结构特征以充分利用换热管的表 面空间，并在管内插入异形扰流体以提高流动换热的场协同性，进而达到高效换热和节能 的目的。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种新型 的具有分形表面结构特征、并在其管内插入异形扰流体的换热管，该换热管能提高换热管 内的流动换热的场协同性，达到高效换热和节能作用。技术方案为解决换热管设计上存在的技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种分形 表面结构式换热管，包括管壳、肋化表面、异形扰流体和连接件，所述的肋化表面沿流动方 向的螺旋形地布置在所述管壳的内壁，所述的异形扰流体布置在换热管内部，所述的异形 扰流体通过所述的连接件固定在所述的管壳上，其特征在于所述的肋化表面为具有分形 结构特征的表面，沿流动方向呈螺旋形延伸；所述的异形扰流体外表面呈现凹凸分布，且其 截面形状沿流动方向呈周期性变化。所述的具有分形结构特征的肋化表面采用Cantor集分形结构，至少布置有两级 肋化表面结构。考虑到实际加工要求，所述的肋化表面结构的分形级数为2到10级。Cantor 集分形结构具有自仿射拓扑特征，其分形轮廓的生成过程是(1)在水平方向，将第0级表面轮廓分为Qs-I)段(S为凸起段数)，将各段从左 到右按1，2……依次排序，其中奇数段与奇数段等长，偶数段则与偶数段等长，奇数段总长L1为初始表面轮廓长度L。的l/fx(fx> 1)。在垂直方向上，偶数段凸起高度保持Iitl ；(2)将上述各奇数段再次按上述方法各分成Os-I)段，其中的偶数段高度、为上 一级偶数段凸起高度K的l/fz(fz > 1)；(3)不断重复以上步骤，根据这种方法生成的分形轮廓，其(n+1)级水平方向长度 和凸起高度分别为
权利要求1.一种分形表面结构式换热管，包括管壳、肋化表面、异形扰流体和连接件，所述的肋 化表面沿流动方向的螺旋形地布置在所述管壳的内壁，所述的异形扰流体布置在换热管内 部，所述的异形扰流体通过所述的连接件固定在所述的管壳上，其特征在于所述的肋化表 面为具有分形结构特征的表面，沿流动方向呈螺旋形延伸；所述的异形扰流体外表面呈现 凹凸分布，且其截面形状沿流动方向呈周期性变化。
2.根据权利要求1所述的分形表面结构式换热管，其特征在于所述的具有分形结构 特征的肋化表面采用康托集分形结构，至少布置有两级肋化表面结构。
3.根据权利要求1所述的分形表面结构式换热管，其特征在于所述的康托集分形结 构的分型维数为1 2。
4.根据权利要求1所述的分形表面结构式换热管，其特征在于所述的扰流体由多个 橄榄体前后相续连接而成，截面形状沿流动方向呈周期性变化，其外表面上布置有连续的 凹凸体，所述的凹凸体的截面形状为三角形、矩形、梯形、圆形或上述三种形状的组合结构。
专利摘要本实用新型公开了一种分形表面结构式换热管，包括管壳、肋化表面、异形扰流体和连接件，所述的肋化表面沿流动方向的螺旋形地布置在所述管壳的内壁，所述的异形扰流体布置在换热管内部，所述的异形扰流体通过所述的连接件固定在所述的管壳上，其特征在于所述的肋化表面为具有分形结构特征的表面，沿流动方向呈螺旋形延伸；所述的异形扰流体外表面呈现凹凸分布，且其截面形状沿流动方向呈周期性变化。该换热管大大提高了管内流动换热的场协同性。以上这些因素大大强化了该型换热管的换热性能，进而达到高效换热、结构紧凑、节能的目的。
文档编号F28F13/12GK201892469SQ20102067136
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者张程宾, 眭佳佳, 陈永平 申请人:东南大学