CN103206883A - 翅片式螺旋管 - Google Patents

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Abstract

翅片式螺旋管，包括圆环截面的螺旋管，在螺旋管内壁均匀布置若干翅片，翅片是与螺旋管导程相同的螺旋结构；翅片的截面形状为扇形，其半径与螺旋管截面内壁圆面的半径相同。

Description

翅片式螺旋管
所属技术领域
本发明涉及一种带翅片的新型螺旋管装置，尤其是可以改善流体流动形态，加强换热效率的螺旋管。
背景技术
螺旋管是一种典型的空间曲线管，因能自由膨胀，可以有效的消除工作过程中的温度应力，又能大幅度减少管子与管板的焊接，泄漏几率小，可靠性好，且结构紧凑，传热效率高，具有自生的离心力场和二次流，能有效推迟传热恶化的发生，因而在动力、石油、化工、航海、航天和核工业等行业中广泛应用。例如石化行业中的大型螺旋管换热设备，萃取装置中的分离设备，大型双水内冷发电机的转子水冷却管道，核工业中旋转冷却管道，航海、航天技术中的异型闭式循环热动力推进系统等等。螺旋管技术的研究（涉及到流型研究、压降特性研究、强化传热研究等诸方面）是促进动力、石油、化工等工程领域发展的关键性技术之一。但是，当传热要求较高，特别是当管内存在气液两相流时，管内流态复杂，气液两相介质分布不均，这种普通螺旋管的换热效率往往不能满足使用要求。
发明内容
本发明要克服现有换热螺旋管的管内流体的流动形态不利于换热效率的缺点，提供一种翅片式螺旋管，该翅片式螺旋管可以使螺旋管内的气液两相流均匀分布，并显著地提升管内外流体的换热效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：翅片式螺旋管，包括圆环截面的螺旋管，其特征在于：在螺旋管内壁均匀布置若干翅片，翅片是与螺旋管导程相同的螺旋结构；翅片的截面形状为扇形，其半径与螺旋管截面内壁圆面的半径相同。
进一步，所述的翅片设置在螺旋管的内壁的外侧，翅片扇形的圆心与螺旋管的圆心重合。
当流体在螺旋管内流动时，翅片的扇形截面对沿螺旋线流动的流体具有阻塞作用，增加了管内流体的湍动程度，特别是当管内流体是两相流体时，会明显的增加两相介质的传质效率，使气液两相充分混合，分布均匀，从而提高换热效率。另外，流体在螺旋管内流动时，由于离心力的作用，流体从管道中心由螺旋管内侧壁面流向外侧壁面，从而使得螺旋管外侧压力高于内侧压力。在压差作用下，流体从外侧沿着圆管的上部和下部壁面流回内侧，这种流动方向与管道的主体流动相垂直的二次流，同样会破坏流体边界层，有利于流体的传质和传热。而翅片在垂直于螺旋管内流体主体流动方向相当于一个楔形导流板，增强了这种二次流动的强度，因而会进一步增强螺旋管内流体的传质和传热效果。
本发明的有益效果是，可以增加螺旋管内流体流动的湍动程度，改变流动形态，当管内流体为气液两相流时，可以增强传质效果，提高换热效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明翅片式螺旋管结构示意图。
图2是翅片式螺旋管的翅片分布示意图。
图3是螺旋管进口及翅片结构图。
图4是翅片螺旋管三维示意图。
具体实施方式
图中1.螺旋管出口，2.螺旋管，3.螺旋管进口，4翅片。
翅片式螺旋管，包括圆环截面的螺旋管2，在螺旋管2内壁均匀布置若干翅片4，为方便加工制造，翅片4是与螺旋管2导程相同的螺旋结构；翅片4的截面形状为扇形，其半径与螺旋管2截面内壁圆面的半径相同。所述的翅片设置在螺旋管的内壁的外侧，翅片扇形的圆心与螺旋管的圆心重合。
在图1中，该发明是一个螺距为t=125mm的螺旋管，螺旋管的圈数n=2，螺旋管高度H=t×n=250mm，螺旋管的螺旋线是圆柱螺旋线，圆柱直径D=160mm。螺旋管管壁厚度为2mm。螺旋管内分布有翅片。
在图2中，螺旋管每一圈内有4个翅片，该实施例中螺旋管有2圈，因此总共有8个翅片。在以螺旋管中心轴线为竖轴的圆柱坐标系内，两相邻翅片间的角度为45°。
在图3中，螺旋管的截面为圆环，圆环内壁直径为di=26，外壁直径为do=30。翅片是一个螺距与螺旋管相同的扇形截面螺旋实体，其高度H=4mm。该扇形截面的半径与螺旋管内壁截面圆的半径相同。翅片扇形截面的圆弧位于螺旋管外侧的内管壁上。
在图4中，翅片螺旋管及管内翅片的三维模型图，为了直观的观察螺旋管内翅片分布，将管壁做透明化处理。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.翅片式螺旋管，包括圆环截面的螺旋管，其特征在于：在螺旋管内壁均匀布置若干翅片，翅片是与螺旋管导程相同的螺旋结构；翅片的截面形状为扇形，其半径与螺旋管截面内壁圆面的半径相同。
2.进一步，所述的翅片式螺旋管，其特征在于：所述的翅片设置在螺旋管的内壁的外侧，翅片扇形的圆心与螺旋管的圆心重合。
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