一种换热管结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种换热管结构，包括空心的管体，其特征在于，管体设有三叶导流腔，所述的三叶导流腔等弧度分布，每一叶导流腔间隔2/3π；所述的三叶导流腔沿管体轴向螺旋延伸；所述的每一叶导流腔横截面的中轴线都偏离管体轴心。三叶导流腔的中轴线偏离了管体轴心，在旋转延伸至长管形状。需要换热的流体在三叶导流腔里面沿管体流动，三叶导流腔增大了流体与换热管的接触面。同时三叶导流腔的横截面是非对称性的，使得换热区域内的流体流动发生严重的偏向，形成管内更强烈的二次流，使得传热性能得到提升。
【专利说明】
一种换热管结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种换热管结构，尤其涉及一种非对称的三叶换热管结构。
【背景技术】
[0002]随着能源的日益匮乏，能源的高效利用已经成为了必然趋势，热能，作为人们日常生产中利用最多能源的种类，其高效利用显得尤为重要。目前，热能的利用中，绝大部分都是通过换热设备以热量在不同介质间传递与交换的方式加以利用，因而换热设备的结构直接决定了其热能的利用率。换热管，是换热设备的核心部件之一，其换热效率直接决定了换热设备的换热效率。为了提高换热设备的换热效率，人们对换热管的结构进行了多种设计，由最初的光滑圆管，到翅片管，再到螺纹管和螺旋槽管，换热管的换热系数得到了不断的提升，然而，上述螺纹管或螺旋槽管结构内壁面凹凸不平的结构容易产生回流或流体滞留区，导致该区域换热效果较差，流动阻力较大等问题。另一方面，管内滞留区容易产生污垢，使得换热管在使用一段时间后换热效果显著下降，限制了其他工质(如污水)的使用。
【发明内容】
[0003]本发明旨在给出一种换热性能更好的换热管结构。
[0004]本发明所述的换热管结构，包括管体，其特征在于，所述管体壁面沿管体轴向螺旋延伸，管体的横截面内侧呈三叶形状，所述三叶形状由三个相同椭圆形叶片构成，三个椭圆形叶片的一端相交、另一端向外伸展，相对于管体轴心旋转对称，相邻两个椭圆形叶片之间通过倒圆角光顺连接;各椭圆形叶片的长轴线均与管体轴心相偏离。
[0005]本发明所述的一种换热管结构，其换热管的管体壁面内部形成了非对称的螺旋状的三叶形内腔。流体流经管腔换热时，三叶形内腔不仅增大了流体与换热管的接触面，同时非对称性的螺旋状三叶形内腔还能使管内流体形成旋流外，在管壁附近形成了小漩涡，从而增加截面径向和切向的速度，而且非对称性的三叶形内腔还能使得换热区域内的流体流动发生一定的偏向，形成更加强烈的二次流，从而使得换热管的传热性能进一步的得到提升。
[0006]所述管体壁面可沿管体轴向顺时针方向螺旋延伸;也可以沿管体轴向逆时针方向螺旋延伸。在不同螺旋方向换热管中，顺时针方向螺旋比逆时针方向螺旋的传热性能相差不大。
[0007]
【附图说明】
[0008]图1是本发明换热管的立体结构示意图。
[0009]图2是本发明换热管的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0010]—种换热管结构，如图1、图2所示，换热管管体5的壁面沿管体轴向螺旋延伸，管体的横截面内呈三叶形状I，所述三叶形状由三个相同椭圆形叶片11、12、13构成，三个椭圆形叶片的一端相交、另一端向外伸展，相对于管体轴心旋转对称，相邻两个椭圆形叶片之间通过倒圆角2光顺连接;各椭圆形叶片的长轴线3均与管体轴心4相偏离且距离相等。
[0011]三叶形状I管体横截面，在外侧三个椭圆形叶片均与同一外接圆42相切，在内侧连接各椭圆形叶片之间的倒圆角2的圆弧同时与同一内接圆41相切。
[0012]所述管体壁面可沿管体轴向顺时针方向螺旋延伸;也可以沿管体轴向逆时针方向螺旋延伸。其扭矩以50-250mm为佳。
[0013]各叶片的椭圆形的长短轴比例限制在1:1.5至1: 1.8之间，管体横截面的三叶形状I的外接圆42和内接圆41的直径比例限制在1: 1.8至1:2.3之间。
[0014]所述的换热管结构，可以采用顺时针螺旋或者逆时针螺旋，旋转扭曲的角度控制在5°?30°为宜。
[0015]实施例1
一种本发明所述的换热管结构，管体沿轴向顺时针方向螺旋延伸，管截面为上述三叶形状，扭距S为200mm，倒圆角半径为2.5mm，扭曲倾角10°，内接圆直径10mm，夕卜接圆直径
22.2 mm，三叶椭圆长轴长度14.7 mm，三叶椭圆短轴长度8mm，椭圆形叶片的长轴线均与管体轴心4相偏离距离6.16 mm。
[0016]用上述换热管，对换热管管内传热性能进行模拟计算。模型建立和网格划分在Gambit 2.3中完成，而控制方程的求解使用Fluent 6.3。综合考虑计算时间和计算精度，数值模拟采用周期性的边界条件。采用SST k-ω湍流模型。为了提高计算效率，模拟时做了如下的简化假设:(I)流体的热物性假设为常数；(2)计算区域为不可压缩稳态流动；(3)忽略自然对流和热辐射的影响。近壁区的网格需要加密并使y+小于I以提高计算的精度。速度和压力的耦合采用SMPLE算法，对流项和扩散项的离散采用二阶迎风格式。壁面设定为恒热流。计算收敛标准的设定为流动方程残差小于10—5，能量方程残差小于10—8。经计算，得到所述换热管的传热系数为2330?7070W/(m2K)。
[0017]实施例2
除管体沿轴向逆时针方向螺旋延伸，其余与实施例1同。按实施例1的模拟方法进行计算，得到所述换热管的对流传热系数为2280?7021 ff/(m2K)。
[0018]对比例I
采用普通的椭圆扭曲换热管，参数为长轴长度为22.2_，短轴长度为17.5_，按上述相同模拟方法进行计算，得到换热管的对流换热系数为1050?3567W/m2K。
[0019]对比例2
采用普通圆管，管径为20_，通过经验关联式计算得到普通圆管的对流传热系数为750?3330W/(m2K)。
[0020]对比实施例1、2，对比例1、2，实施例1和实施例2，
实施例1和实施例2，两种不同旋向的非对称三叶换热管，其对流换热系数比对比例I普通椭圆扭曲换热管提高了 96.8%?122.4%。
[0021]实施例1和实施例2，两种不同旋向的非对称三叶换热管，其对流换热系数是对比例2普通圆管的2.1?3.0倍。
[0022]顺时针方向螺旋与逆时针方向螺旋的换热性能相差不大。该管型换热效率得到了一定的提升，而压降提升不大。
【主权项】
1.一种换热管结构，包括管体，其特征在于，所述管体壁面沿管体轴向螺旋延伸，管体的横截面内侧呈三叶形状，所述三叶形状由三个相同椭圆形叶片构成，三个椭圆形叶片的一端相交、另一端向外伸展，相对于管体轴心旋转对称，相邻两个椭圆形叶片之间通过倒圆角光顺连接;各椭圆形叶片的长轴线均与管体轴心相偏离。2.根据权利要求1所述的换热管结构，其特征在于，导流腔的外接圆与内接圆的直径比为1:1.8至1:2.3。3.根据权利要求1所述的换热管结构，其特征在于，所述的椭圆形长短轴比为1:1.5至1:1.8。4.根据权利要求1至3中任何一项所述的换热管结构，其特征在于，所述管体壁面沿管体轴向螺旋延伸的螺距为50?250mm。5.根据权利要求1至3中任何一项所述的换热管结构，其特征在于，所述管体壁面沿管体轴向顺时针方向螺旋延伸。
【文档编号】F28F1/06GK106017186SQ201610538702
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】戴险峰
【申请人】广东环境保护工程职业学院