CN1035352A - 热交换管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热交换管(1)，该热交换管(1)的平面横肋(2)上设置有大体上是三角形的涡流凸片(3)，上述涡流凸片沿着与穿过管轴(RA)、且与流体流动方向(FSR)平行的平面成一夹角(α)的平面延伸。该涡流凸片(3)是从横肋平面上冲压而成的，并弯转90°左右。上述涡流凸片具有一个沿流体流动方向(FSR)及沿热交换方向增高的穹棱(4)。这样，在涡流凸片(3)后面形成了使边界层出现环流和改善传热的纵涡(5)。

Description

本发明涉及一种沿纵向等间隔设置有平面横肋的热交换管，这些横肋具有从横肋平面弯起约90°、分布在横肋表面上的涡流凸片。
为改善横肋的热交换性能，采用了从横肋表面垂直竖起、突起在流体流中的涡流凸片（旋流底部），该涡流凸片具有矩形横截面。它们在横肋材料上冲压、弯曲而成，其长度方向与流体流动方向平行。
与无凸起的横肋相比，这种涡流凸片大大改善了热交换性能，然而其缺点是：与改善的传热相比，出现了超比例的压力损失。
本发明的任务是对本文开始部分所描述的热交换管采取一定措施，避免在改善传热性能时压力损失超比例地增加。
该任务的解决方案是：采用基本上是三角形的涡流凸片，它们沿着与穿过管轴、且与流体流动方向平行的热交换管纵平面成一角度。
按照涡流凸片的这种特殊结构和布置，沿流动方向看，涡流凸片后方的流体旋转，从而产生了纵涡。借助这种纵涡，肋片附近的、基本上反映了热阻的边界层在相当小的能量消耗下在一定程度上出现环流。这样，由于产生了很强的垂直于流体流动方向的旋流，在肋片附近的热流体层或冷流体层将由远离肋片处的冷流体层或热流体层来代替。这种摩擦极小的纵涡使涡流凸片后面区域局部的传热性能明显得到改善，从而不增加压力损失就可明显地从总体上提高传热系数。
本发明的涡流凸片对于各种热交换管的横截面都可体现出它的优越性。也就是说，在圆形、椭圆形或者楔形的带肋片管中都可采用这种涡流凸片。
当涡流凸片具有一个沿流体流动方向增高的穹棱时，在每片涡流凸片后面能产生特别强的纵涡，它沿流动方向可延伸得较远。
涡流凸片沿着流体流动方向和与其相垂直的方向错开设置将进一步完善本发明的构思。
上述错开设置应这样安排，使纵涡彼此不产生不利的影响。
为了改善流过管内的流体和经过肋片管的流体之间的热传导，穹棱沿管表面方向增高。
与此相关，内部试验指出，涡流凸片与热交换管纵平面之间的夹角为10°-30°，尤其在15°左右时，将进一步提高传热效果。
一种优选的涡流凸片布置为：凸片的长度L与其最大高度H之比约为3∶2至3∶1，最好为3∶1.75。由此确定了横肋上相应的冲口，这种形式的冲口是考虑了下述几方面的要求而作出的折衷选择：
a）局部传热系数高;
b）对横肋内部的热流影响小;
c）压力损失小;
d）制造简单;
e）热浸镀锌没有问题。
让涡流凸片的最大高度大体上与肋片间距相当，凸片就可能进入到相邻横肋的边界层中去。除了破坏边界层外，还有一个优点是：按常规进行热浸镀锌时，保证涡流凸片与相邻横肋牢固连接。此外，采用这种结构后，涡流凸片热交换面的热工性质将通过这种十分有利的肋片效率（ 1/2 高度）而得到改善。也就是说，热量从涡流凸片表面流向两个彼此相邻的肋片，或者反过来流。
当涡流凸片的端棱与横肋表面夹角β＜90°时，凸片的后截面会有这样的优点：涡流凸片可直接确定两相邻横肋的间距，如果涡流凸片与端棱有关的一部分是向后切的话，就可用来达到这一点。
涡流凸片相对于热交换管纵平面对称地分布在其两侧的结构布置使其制造十分方便。
涡流凸片可以只从横肋的一侧或者从两侧弯起，当涡流凸片交替地从两侧弯起时能达到合适的、产生吸吹效应的压力差，这种吸吹效应对边界层结构有积极作用，即减小了边界层厚度。
对流体能从两个相对方向流入的热交换管，可以将涡流凸片相对于垂直纵平面对称布置，以便在每一个入流侧面，特别是对圆形或椭圆形热交换管都得到最佳的传热性能。这种涡流凸片可以制成等边或不等边的三角形。
下面根据附图所描述的实施例对本发明作详细说明。其中：
图1是带肋片楔形热交换管沿纵向的透视图;
图2是图1热交换管的正视图;
图3是带涡流凸片的横肋表面区的放大透视图;
图4描述了另一个实施例中三个相邻的带涡流凸片的横肋之间的区域。
图1和图2中用1来表示楔形热交换管，其内侧流过蒸汽状的流体，外侧沿图中箭头方向FSR流过冷气体流。
热交换管1上装有许多彼此间隔为A的平面横肋2。横肋2是矩形的。
用热浸镀锌方法将横肋2固定在热交换管1上。
为了提高传热性能，从横肋2（图1至3）上弯出涡流凸片3，该涡流凸片3的横截面大体为不等边三角形，且从肋平面弯出大约90°。它沿着与穿过管轴RA且平行于流体流动方向FSR的管子纵平面RLE的夹角α为15°的方向延伸。此外，它具有沿流体流动方向FSR以及沿管表面11方向增高的穹棱4。
涡流凸片3的长度L与其最大高度H之比为3∶1.75，最大高度H大体上与肋片间距A相等。
正如图2所特别指出的那样，这些涡流凸片3无论是沿着流体流动方向FSR还是与其相垂直的方向彼此都错开设置。还如图2所表示的那样，涡流凸片3对称地布置在纵平面RLE的两侧。
涡流凸片3还形成了摩擦很小的纵涡5，该纵涡确保涡流凸片3后面的区域局部热交换充分，它借助于其强涡旋破坏并改变了横肋2上的边界层，肋片附近的热流体层或冷流体层不断地由远离肋片处的冷流体层或热流体层取代。
标号6表示由冲压区10凹线棱12形成的薄边界区。
图4给出了一种具体结构形式，其中涡流凸片3′的端棱7与横肋2的表面8的夹角β＜90°，这种结构可以通过涡流凸片3′来确定相邻横肋2的间隔，因为涡流凸片3′的切口边向后，使其顶端9与冲压区10外面的相邻横肋相接触。
附图标记
1.热交换管
2.横肋
3.涡流凸片
4.穹棱
5.纵涡
6.涡流凸片3后面的区域
7.涡流凸片3的端棱
8.横肋2的表面
9.涡流凸片3′的顶端
10.冲压区
11.热交换管1的表面
12.凹线棱
3′.涡流凸片
α.涡流凸片3与热交换管纵平面RLE之间的夹角
β.涡流凸片3′涡棱7与横肋2表面8之间的夹角
FSR.流体流动方向
A.横肋2的间距
RA.热交换管的管轴
RLE.热交换管纵平面
L.涡流凸片3的长度
H.涡流凸片3的高度

Claims (10)

1、带有沿纵向等间隔设置的平面横肋的热交换管，上述横肋具有从横肋平面弯起约90°、分布在横肋表面的涡流凸片，其特征在于：该涡流凸片[3，3′]大体上为三角形，它沿着与穿过管轴[RA]、且与流体流方向[FSR]平行的热交换管纵平面[RLE]成一角[α]的方向延伸。
2、按照权利要求1所述的热交换管，其特征在于涡流凸片〔3，3′〕具有一个沿流体流动方向〔FSR〕增高的穹棱〔4）。
3、按照权利要求1或2所述的热交换管，其特征在于涡流凸片〔3，3′〕沿流体流动方向〔FSR〕和与其相垂直的方向彼此错开设置。
4、按照权利要求1至3中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于穹棱〔4〕沿着管表面〔11〕的方向是增高的。
5、按照权利要求1至4中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于涡流凸片（3，3′）与热交换管的纵平面（RLE）之间的夹角α为10°至30°，最好为15°左右。
6、按照权利要求1至5中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于涡流凸片（3，3′）的长度（L）与其最大高度（H）之比大约为3∶2至3∶1，最好为3∶1.75。
7、按照权利要求6所述的热交换管，其特征在于上述最大高度（H）大体上与肋片间距〔A〕相当。
8、按照权利要求1至7中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于涡流凸片〔3′〕的端棱〔7〕与横肋〔2〕的表面〔8〕之交角β＜90°。
9、按照权利要求1至8中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于涡流凸片〔3，3′〕相对于热交换管的纵平面〔RLE〕对称地分布在其两侧。
10、按照权利要求1至9中任一项权利要求所述的热交换管，其特征在于涡流凸片〔3，3′〕成对地、交替地朝横肋〔2〕的两侧弯起。
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