CN104132575A - 内插锥形丝网强化传热管 - Google Patents

内插锥形丝网强化传热管 Download PDF

Info

Publication number
CN104132575A
CN104132575A CN201410341551.4A CN201410341551A CN104132575A CN 104132575 A CN104132575 A CN 104132575A CN 201410341551 A CN201410341551 A CN 201410341551A CN 104132575 A CN104132575 A CN 104132575A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silk screen
heat transfer
taper
taper silk
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410341551.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104132575B (zh
Inventor
徐进良
曹桢
孙东亮
王晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201410341551.4A priority Critical patent/CN104132575B/zh
Publication of CN104132575A publication Critical patent/CN104132575A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104132575B publication Critical patent/CN104132575B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种内插锥形丝网强化传热管。该结构由外部的基管和若干个按纵列间隔排列的锥形丝网组成；基管的水力直径为D；基管内，锥形丝网纵向等间距排列，排列间距为S，锥形丝网顶角α，底面直径为δ，合理设计α，S/D，δ/D以及丝网规格PPI的大小，可使传热管性能最优。此强化换热管可以使流场和温度场得到有效的调控：近壁区速度、速度梯度以及温度梯度增大，边界层厚度减薄，管壁温度降低，传热能力提高；同时由于网管与一般内插扭带相比，空隙率更高，所以既能保持强化换热的性能，又尽可能降低流动阻力；此外由于锥形丝网对流场的调控，近壁区速度增大，有效避免污垢的产生和积累，使设备更加安全、高效的运行。

Description

内插锥形丝网强化传热管
技术领域
本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种应用于能源动力、石油化工、水泥建材领域的内插锥形丝网强化传热管。
背景技术
热量传递普遍存在于能源动力、石油化工、水泥建材等工业生产过程。由于能源危机日益加重，环境问题俞加严峻，提高换热设备效率，降低能源消耗成为工业生产的主旋律。当前强化传热技术可分为有源强化技术与无源强化技术：所谓有源强化，即需要通过外加能量达到强化传热的目的，比如机械强化、振动强化、外加静电场等；无源强化则无需外部能量，通过改善传热管表面结构或强化元件来提高传热性能，比如表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面等。由于无源强化技术无需消耗额外能量，操作简单，成本低等诸多优点，其成为强化传热的主要手段。
常见的改善传热管道表面的换热技术有：螺旋槽管，横纹槽管，缩放管，波纹管，螺旋扁管等。其传热强化机理主要有：处理管道表面诱使流场发生改变，破坏或减薄速度边界层；在螺旋槽纹凸起处产生涡流，加强冷热流体的混合；减薄温度边界层。
换热设备运行过程中，由于工质洁净度问题，极易在传热管壁面结垢，造成换热性能降低。螺旋管、缩放管等表面强化技术难以突破此瓶颈。为了克服这一难题，管内插入物技术逐渐成为研究的热点。合适的插入物结构与尺寸可极大增强流体对传热管壁面的冲刷作用，有效减少污垢产生；而且插入物传热管易拆卸，易清理。因此寻找结构合适的插入物以及插入物在管内合理的装配方式成为该强化换热技术的核心问题，目前文献中提到的有扭带或螺旋扭片，静态混合器，螺旋弹簧，交叉梯形波带等。插入物具有强化传热和除垢的双重功能这是其他强化传热技术所无法比拟的。
发明内容
本发明目的在于提供一种既能提高传热效率，又能改善结垢问题的内插锥形丝网强化传热管。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
该内插锥形丝网强化传热管由外部基管和若干个按纵列间隔排列的锥形丝网组成；基管的水力直径为D，锥形丝网的间距为S，锥形丝网的底面开口，其底面直径为δ，顶角为α；其中，α的取值范围为(0，π)，S/D范围为0.5～5，δ/D范围在0.3～0.9。
所述基管为圆管、方管、三角形管、梯形管、椭圆形管、变截面管中的一种。
所述锥形丝网的丝网目数PPI在60-1000之间，材质为铁、铜、不锈钢、塑料中的一种。
所述锥形丝网的顶角α的优选取值范围为[π/6，π/3]。
所述锥形丝网通过支撑构件固定在基管内。
所述支撑构件的结构方式为：支撑构件为套嵌式支撑构件，具体为带若干个固定支脚的圆环，将每个锥形丝网分别固定；或者支撑构件为同轴支撑杆件，具体为一个直杆，将各个锥形丝网同轴线串联固定。
所述套嵌式支撑构件具有3～6个绕圆环均匀分布的固定支脚作为约束点，将锥形丝网固定在基管的内壁。
所述同轴支撑杆件为柱形刚性结构，其直径为锥形丝网底面直径的1/10～1/5，同轴支撑杆件的两端与基管两端的换热器封头连接固定。
所述基管为圆管时，内插锥形丝网与基管同轴布置。
本发明的有益效果为：
本发明的内插锥形丝网强化传热管，由于锥形丝网表面对流体的调控作用，迫使流向沿近壁区流动，使得近壁区速度与速度梯度增大，边界层厚度减小，从而实现强化传热的目的。锥形丝网规格，锥形丝网尺寸以及安装间距均影响传热管的性能，合理优化这些参数可获得最优传热效果。与扭带、螺旋扭片等插入物相比，锥形丝网结构具有较大空隙率，减缓对流体的阻碍作用。因此，与扭带等插入物相比，该传热管具备强化传热的效果，又可减少管内流体的流动阻力。同时，由于锥形丝网结构的特殊性，迫使流体沿近壁区流动，近壁区速度迅速增大，加强了对壁面的冲刷作用，防止结垢。
本发明的内插丝网采用锥形结构，与现有的圆柱形丝网结构相比，其斜向端面可有效的减小流动阻力，避面圆柱垂直端面所产生较大泵功损失。
附图说明
图1为本发明所述内插锥形丝网强化传热管的结构示意图。
图2为本发明所述内插锥形丝网强化传热管内插锥形丝网结构图。
图3为嵌套式支撑构件结构示意图，其中图3(a)～图3(d)分别为三点约束支撑构件，四点约束支撑构件，五点约束支撑构件以及六点约束支撑构件。
图4为本发明实施例1三维结构图，其基管采用圆管。其中图4(a)为采用嵌套式支撑构件强化传热管三维结构图，图4(b)为采用同轴支撑杆件强化传热管三维结构图。
图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例1充分发展的流场与温度场示意图。
图6为本发明实施例1传热性能图。
图中标号：
1-基管，2-锥形丝网，3-套嵌式支撑构件，4-同轴支撑杆件。
具体实施方式
本发明提供了一种内插锥形丝网强化传热管，下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细的阐述。
如图1所示，本发明内插锥形丝网强化传热管由外部的基管1和若干内插的锥形丝网2组成。基管1的水力直径为D；在基管1内，锥形丝网2按纵列等间距排列，排列间距为S；锥形丝网2底面开口，底面直径为δ，顶角为α。
锥形丝网能够有效调控传热管流场与温度场，迫使流体沿近壁区流动，增大近壁区速度与速度梯度，减小边界层厚度，从而达到强化传热的目的。然而单一锥形丝网调控范围有限，其下游一定距离后，调控作用不再明显。因此在传热管内等间距安装锥形丝网，使得在全长度范围内，流场与温度场均得到调控，传热性能维持较高水平。本发明推荐锥形丝网2顶角α取[π/6，π/3]；排列间距S与基管1的水力直径D之比S/D取0.5～5；锥形丝网2底面直径δ与基管2的水力直径D之比δ/D取0.3～0.9。
图2为本发明所设计的锥形丝网的结构示意图。锥形表面可迫使流体沿近壁区流动，增大近壁区速度及速度梯度，减薄边界层厚度，强化换热；与柱形垂直端面相比，锥形表面的流动阻力更小；近壁区流速较大，不断冲刷基管内壁，有效避免污垢的产生和积累。
图3为本发明所设计的嵌套式支撑构件的示意图，根据锥形丝网2的几何尺寸，可选择约束点个数不同的支撑构件。图3(a)-(d)分别为三点约束支撑构件，四点约束支撑构件，五点约束支撑构件以及六点约束支撑构件的示意图。
实施例1
本实施例取圆形的基管1，长度为1000mm，基管内径D＝20mm，锥形丝网2的规格PPI＝400，锥形底面直径与基管内径之比δ/D＝0.8，安装间距与基管内径之比S/D＝2。
图4为本发明实施例1三维结构图。其中图4(a)为采用嵌套式支撑构件3强化传热管三维结构图，图4(b)为采用同轴支撑杆件4强化传热管三维结构图。考虑到加工工艺与制造成本，采用同轴支撑杆件4的固定方式更佳。
利用FLUENT仿真软件，在恒热流条件下，研究了该强化传热管在Re＝100～1500时的换热性能。图5(a)和图5(b)为Re＝900，充分发展时，一个安装间距内的流场与温度场的示意图。显然验证了该发明的设想，流体沿近壁区流动，近壁区速度及速度梯度变大，中心区温度场更加均匀，边界层厚度减小。
如图6为该实施例内插锥形丝网强化传热管的换热性能，从图中可以得出：雷诺数越大，换热性能越好；Re＝1500时，传热强化4倍；流动传热综合评价指标PEC值均大于1，最高可达2.36，说明该强化传热管综合性能极佳。

Claims (9)

1.内插锥形丝网强化传热管，其特征在于，由外部的基管(1)和若干个按纵列间隔排列的锥形丝网(2)组成；基管(1)的水力直径为D，锥形丝网(2)的间距为S，锥形丝网(2)的底面开口，其底面直径为δ，顶角为α；其中，α的取值范围为(0，π)，S/D范围为0.5～5，δ/D范围在0.3～0.9。
2.根据权利要求1所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于，所述基管(1)为圆管、方管、三角形管、梯形管、椭圆形管、变截面管中的一种。
3.根据权利要求1所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述锥形丝网(2)的丝网目数PPI在60-1000之间，材质为铁、铜、不锈钢、塑料中的一种。
4.根据权利要求1所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述锥形丝网(2)的顶角α的优选取值范围为[π/6，π/3]。
5.根据权利要求1所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述锥形丝网(2)通过支撑构件固定在基管内。
6.根据权利要求5所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述支撑构件的结构方式为：支撑构件为套嵌式支撑构件(3)，具体为带若干个固定支脚的圆环，将每个锥形丝网(2)分别固定；或者支撑构件为同轴支撑杆件(4)，具体为一个直杆，将各个锥形丝网(2)同轴线串联固定。
7.根据权利要求6所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述套嵌式支撑构件(3)具有3～6个绕圆环均匀分布的固定支脚作为约束点，将锥形丝网(2)固定在基管(1)的内壁。
8.根据权利要求6所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述同轴支撑杆件(4)为柱形刚性结构，其直径为锥形丝网(2)底面直径的1/10～1/5，同轴支撑杆件(4)的两端与基管(1)两端的换热器封头连接固定。
9.根据权利要求2所述的内插锥形丝网强化传热管，其特征在于：所述基管(1)为圆管时，锥形丝网(2)与基管(1)同轴布置。
CN201410341551.4A 2014-07-17 2014-07-17 内插锥形丝网强化传热管 Active CN104132575B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410341551.4A CN104132575B (zh) 2014-07-17 2014-07-17 内插锥形丝网强化传热管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410341551.4A CN104132575B (zh) 2014-07-17 2014-07-17 内插锥形丝网强化传热管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104132575A true CN104132575A (zh) 2014-11-05
CN104132575B CN104132575B (zh) 2016-04-20

Family

ID=51805350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410341551.4A Active CN104132575B (zh) 2014-07-17 2014-07-17 内插锥形丝网强化传热管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104132575B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104819585A (zh) * 2015-03-23 2015-08-05 浙江大学 一种内插丝网流型改善型太阳能集热管及调控方法
CN111207618A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 郑州轻工业大学 一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管
CN112432361A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 无锡锡州机械有限公司 一种集中供暖系统冷凝换热器
CN113267079A (zh) * 2021-05-14 2021-08-17 郑州轻工业大学 一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6115094A (ja) * 1984-06-29 1986-01-23 Mitsubishi Metal Corp 熱交換器用伝熱管
CN103542759A (zh) * 2012-07-12 2014-01-29 中国石油天然气股份有限公司 具有强化传热元件的换热管

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6115094A (ja) * 1984-06-29 1986-01-23 Mitsubishi Metal Corp 熱交換器用伝熱管
CN103542759A (zh) * 2012-07-12 2014-01-29 中国石油天然气股份有限公司 具有强化传热元件的换热管

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙东亮等: "垂直相分离冷凝管内流型调控的数值研究", 《科学通报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104819585A (zh) * 2015-03-23 2015-08-05 浙江大学 一种内插丝网流型改善型太阳能集热管及调控方法
CN104819585B (zh) * 2015-03-23 2016-08-17 浙江大学 一种内插丝网流型改善型太阳能集热管及调控方法
CN111207618A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 郑州轻工业大学 一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管
CN112432361A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 无锡锡州机械有限公司 一种集中供暖系统冷凝换热器
CN113267079A (zh) * 2021-05-14 2021-08-17 郑州轻工业大学 一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管
CN113267079B (zh) * 2021-05-14 2022-08-05 郑州轻工业大学 一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管

Also Published As

Publication number Publication date
CN104132575B (zh) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103175429B (zh) 多向波纹内翅片管
CN104132575B (zh) 内插锥形丝网强化传热管
CN103063056B (zh) 一种管壳式换热器
CN102767975A (zh) 一种整体热浸锌防腐的扭曲管自支撑管壳式换热器
CN101266106A (zh) 空间螺旋弹性强化换热管束及其支撑装置
CN204963661U (zh) 用于换热器内弹性管束振动诱导的均布式脉动流发生装置
CN105135931A (zh) 用于换热器内弹性管束振动诱导的均布式脉动流发生装置
CN103712516A (zh) 波动流往复螺旋振动清洗式自然循环蒸发器
CN105300140A (zh) 一种螺旋带支撑正（余）弦纹管的壳程复合强化换热器
CN109612320B (zh) 用于降低湍流临界雷诺数的扰流元件及扰流管
CN202182658U (zh) 一种适于整体热浸锌防腐的自支撑管壳式换热器
CN101551205A (zh) 螺旋肋片自支撑换热器
CN105300156B (zh) 一种内置扭带的复合强化传热管
CN204787980U (zh) 一种内插间隔螺旋带的换热管
CN203908385U (zh) 新型格栅螺旋纽带
CN203672213U (zh) 波形翅片的换热管
CN203132413U (zh) 一种强化传热的换热器管束
CN105526825A (zh) 一种新型相间螺旋内肋扭曲换热管
CN103940283B (zh) 一种纵向涡流协同发生式传热元件
CN205002648U (zh) 变截面换热管及管壳式换热器
CN204286157U (zh) 一种折流杆式换热器
CN103245251B (zh) 内插丝网周期性强化换热管
CN205115070U (zh) 一种低速氧化铝管道化溶出换热装置
CN203443414U (zh) 一种深井煤矿高效换热器
CN207832005U (zh) 降膜换热管及其在换热器内的布置结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant