CN103940283A - 一种纵向涡流协同发生式传热元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵向涡流协同发生式传热元件，包括金属管；还包括若干个扰流片组，所述扰流片组包括偶数个呈直角三角形结构的扰流片；同一扰流片组的所述扰流片相对所述金属管的中轴线中心对称和轴对称分布；同一扰流片组的所述扰流片的直角边b的锐角顶点位于同一垂直平面上且直角边a垂直于所述金属管的中轴线，所述扰流片的直角边b与所述金属管的中轴线之间形成一定的偏离角度θ；所述扰流片组以一定的间距沿所述金属管的中轴线分布在金属管内。本发明利用布置在金属管内的扰流片组，能使传热管内产生各纵向涡流在横截面上的速度矢量协同配合，优化流场结构，在强化换热的同时有效地减小管内流阻的增大。

Description

一种纵向涡流协同发生式传热元件

技术领域

本发明涉及传热元件，尤其是涉及一种纵向涡流协同发生式传热元件。

背景技术

目前用于管内强化换热的元件主要包括翅片、纵向涡发生器、螺旋扭带、绕花丝、螺旋线圈、螺旋弹簧等，这些管内强化换热的元件，其强化换热机理主要依靠增强流体混合、减薄边界层厚度、增大换热面积等。

如授权公告号为CN2745021Y的专利文件中公开的一种不连续错列内肋强化换热管，其特征是：管内壁面分布不连续、沿轴向错列、与轴线平行的凸起内肋，上述凸起内肋的横截面是方形、矩形、梯形、圆弧形或三角形，不连续凸起内肋的高度为0.05D-0.2D，宽度为0.05-0.5D，长度为0.5D-2D，D为换热管水力半径。

又如授权公告号为CN101532798B的专利文件中公开的斜截柱面翼式涡发生器强化传热元件，所述斜截柱面翼为矩形翼、梯形翼或三角翼形状，换热器选用本身材料或包括金属在内的易切割、易弯曲安装的材料，其材料耐温应满足换热器允许工作条件的要求；其特征在于，将翼式涡发生器立面弯曲成半圆柱或半椭圆柱面形式，以迎流攻角β和阵列方式布置在翅片管或板翅式换热器翅片上或通道流换热器板面上，从而诱导端部纵向涡旋和根部马蹄涡系耦合减薄、或破坏紧贴避免的边界层、或加大紊流强度实现被动式强化换热，提高换热器效能。

这些换热管和换热元件在换热得到强化的同时，却又存在不同程度的流阻增大问题，使实际应用中受到一定局限或者增加了能源动力消耗。

发明内容

为了克服或弥补上述传热元件及其强化传热机理的不足之处，本发明提供一种纵向涡流协同发生式传热元件，在强化换热的同时，解决现有传热元件在管内过大阻力增加的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纵向涡流协同发生式传热元件，包括金属管；还包括若干个扰流片组，所述扰流片组包括偶数个呈直角三角形结构的扰流片；同一扰流片组的所述扰流片相对所述金属管的中轴线中心对称和轴对称分布；同一扰流片组的所述扰流片的直角边b的锐角顶点位于同一垂直平面上且直角边a垂直于所述金属管的中轴线，所述扰流片的直角边b与所述金属管的中轴线之间形成一定的偏离角度θ；所述扰流片组以一定的间距沿所述金属管的中轴线分布在金属管内。

所述一个扰流片组包括扰流片为偶数个，如2个、4个或8个等，优选为4个。

通过布置在金属管内的呈直角三角形的扰流片迫使流体产生纵向涡流，在管内横截面各区域对称布置多个扰流片，使每个扰流片产生的纵向涡流在管内协同分布，通过扰流片在流体流动方向的间隔布置保证涡流在管内持续产生。

优选的是，所述金属管可以是圆管或方管，圆管的内径或方管的边长≤2000mm，壁厚≤20mm。

为了产生有效的纵向涡流，优选的是，所述扰流片的直角边b与所述金属管的中轴线之间形成偏离角度θ<90°。

为了减少扰流片对流阻的影响，优选的是，所述扰流片直角边a的长度小于直角边b的长度。

为了便于操作，更好地固定扰流片组，优选的是，还包括若干个方形金属环和支撑杆；一个扰流片组的四个所述扰流片的直角边b的锐角端分别固定连接在所述方形金属环的四角；所述方形金属环以一定间距S固定连接在所述支撑杆上，方形金属环的边长d≤2000mm，间距S≤6000mm。

本发明利用布置在金属管内的扰流片组，能使传热管内产生各纵向涡流在横截面上的速度矢量协同配合，优化流场结构，在强化换热的同时有效地减小管内流阻的增大。

附图说明

图1是实施例中扰流片的结构示意图；

图2是实施例中扰流片生产纵向涡流的示意图；

图3是实施例中纵向涡流协同发生式传热元件的结构示意图；

图4是实施例中扰流片与方形金属环、支撑杆的连接示意图；

图5是实施例中金属管横截面上的流场结构示意图。

附图标记说明：1-金属管；2-扰流片；3-方形金属环；4-支撑杆

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

扰流片的结构如图1所示，扰流片的直角边a垂直于金属管的中轴线，且直角边b与中轴线之间形成一定角度θ。流体经过扰流片之后，即在扰流片尾部一定范围形成纵向漩涡，如图2所示。当扰流片向流动方向左偏时，纵向涡在横截面上的速度矢量即为顺时针方向，反之则为逆时针方向。纵向涡的强度由扰流片的直角边a和直角边b的尺寸和偏转角θ决定，根据实验结果，当a/b=0.5和θ=30°时，纵向涡的强度较优。

将扰流片组按照图3所示布置在金属管内，若干个扰流片组以一定的间距S沿金属管的中轴线分布在金属管内，即构成一种纵向涡流协同发生式传热元件。安装时，先将金属管横截面划分为四个区域，每个区域放置一个扰流片，4个扰流片直角边b锐角处的端点均处于同一垂直平面上，在垂直平面上相对于金属管的中轴线呈轴对称和中心对称分布，构成一组扰流片组。扰流片组以相同的间距沿金属管的中轴线间隔排列。扰流片组的间距S和扰流片之间的间距d的取值由扰流片的尺寸与偏转角决定，本实施例中，在a/b=0.5和θ=30°的情况下，S=5b～10b和d=a为宜。当偏转角θ越大时，S的取值可越小，d的取值可越大。

扰流片在金属管内的连接固定如图4所示，同一组扰流片组的扰流片分别连接固定在一个方形金属环的四角，再将各方形金属环焊接在一根支撑杆上，并将支撑杆的两端支撑在金属管进出口实现固定。

图5为本发明的一种纵向涡流协同发生式传热元件在管内产生的流场结构截面图，相邻两涡转向对称，在交界处流体流向一致，从而使各纵向涡流协同配合，有效地减小管内流阻的增大。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

本发明利用布置在金属管内的扰流片组，能使传热管内产生各纵向涡流在横截面上的速度矢量协同配合，优化流场结构，在强化换热的同时有效地减小管内流阻的增大。

Claims (6)

1.一种纵向涡流协同发生式传热元件，包括金属管，其特征是：还包括若干个扰流片组，所述扰流片组包括偶数个呈直角三角形结构的扰流片；同一扰流片组的所述扰流片相对所述金属管的中轴线中心对称和轴对称分布；同一扰流片组的所述扰流片的直角边（b）的锐角顶点位于同一垂直平面上且直角边（a）垂直于所述金属管的中轴线，所述扰流片的直角边（b）与所述金属管的中轴线之间形成一定的偏离角度θ；所述扰流片组以一定的间距沿所述金属管的中轴线分布在金属管内。

2.根据权利要求1所述的一种纵向涡流协同发生式传热元件，其特征是：所述金属管是圆管或方管，圆管的内径或方管的边长≤2000mm，壁厚≤20mm。

3.根据权利要求1所述的一种纵向涡流协同发生式传热元件，其特征是：所述扰流片的直角边（b）与所述金属管的中轴线之间形成偏离角度θ<90°。

4.根据权利要求1所述的一种纵向涡流协同发生式传热元件，其特征是：所述扰流片直角边（a）的长度小于直角边（b）的长度。

5.根据权利要求1所述的一种纵向涡流协同发生式传热元件，其特征是：所述扰流片组包括4个呈直角三角形结构的扰流片。

6.根据权利要求1所述的一种纵向涡流协同发生式传热元件，其特征是：还包括若干个方形金属环和支撑杆；一个扰流片组的四个所述扰流片的直角边（b）的一端分别固定连接在所述方形金属环的四角；所述方形金属环以一定间距（S）固定连接在所述支撑杆上，方形金属环的边长d≤2000mm，间距S≤6000mm。