CN104792219A - 一种三边螺旋纽带 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三边螺旋纽带，其特征在于，三边螺旋纽带具有周期性结构，由厚度约为1mm、宽度相同的三个金属薄片组成，三个金属薄片的长边对接并焊在一起，相邻两个金属薄片的夹角为120o；三边螺旋纽带经过螺旋扭曲加工而成，其扭率为2.0左右；三边螺旋纽带外径比换热管内径小0.5～1.0mm，其长度一般与换热管等长或稍短；三边螺旋纽带插入换热管内不需要设置固定装置；三边螺旋纽带材质根据具体工况而定，对于有腐蚀性介质的场合，可选用不锈钢材质，也可采用塑料注塑成型；对于没有腐蚀性介质的场合，选用普通碳钢材质。本发明结构简单，安装方便，直接插入换热管内即可，具有强化管内流体传热和防垢的双重功能，经济性较好，实用性较强。

Description

一种三边螺旋纽带

技术领域

本发明专利涉及一种管内插入物即纽带，尤其涉及一种用于换热管内强化流体换热和防止结垢的新型三边螺旋纽带。

背景技术

换热设备广泛应用于石油、化工、动力、核能、冶金、制冷等行业，是一种热量传递的基础设备。例如在炼油厂中，换热设备约占全部工艺设备投资的35%～40%，换热设备效率的高低对节能有着重要意义。采用强化换热技术、提高换热器效率是当前换热器研究领域的一项重要课题。

在众多强化换热措施中，采用管内强化传热元件如螺旋弹簧、螺旋片、转子、纽带等实现换热设备强化换热的优势明显，尤其是近年来管内强化传热技术方面取得了丰硕的研究成果，实现了多种新型高效换热设备的工程应用。纽带作为一种高效强化换热的扰流元件，广泛应用于换热设备的强化换热、防垢及流体混合等领域。

国内外学者针对内置纽带管内流体流动及强化传热开展了诸多研究，主要是普通纽带和在此基础上改进而成的异形纽带，如边缘开口纽带、锯齿纽带、中心开孔纽带、双纽带、折边纽带、交错纽带等。相比于普通扭，虽然异形纽带的强化效果有了一定的提升，但所产生的流体流动阻力也相应加大，综合性能有待进一步提高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种三边螺旋纽带，它具有结构简单、加工方便、实用性强、换热系数高、综合换热性能好等优点。

一种三边螺旋纽带，具有周期性结构，由厚度约为1mm，宽度相同的三个金属薄片组成，三个金属薄片的长边对接并焊在一起，相邻两金属薄片的夹角为120o；三边螺旋纽带经过螺旋扭曲加工而成，其扭率为2.0左右。

所述三边螺旋纽带外径比换热管内径小0.5～1.0mm，三边螺旋纽带长度一般与换热管等长或稍短。

所述三边螺旋纽带插入换热管内不需要设置固定装置。

所述三边螺旋纽带材质根据具体工况而定，对于有腐蚀性介质的场合，选用不锈钢材质，也可采用塑料注塑成型；对于没有腐蚀性介质的场合，选用普通碳钢材质。

本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比具有以下有益效果：一是管内插入三边螺旋纽带，能诱导管内流体旋转，使流体产生螺旋流动和二次流，增加了流体流程、湍流度，以及流体与换热管壁的接触时间，使换热更充分；二是管内插入三边螺旋纽带，能促使换热管中心区流体和壁面边界层流体充分混合，减薄滞留层，达到强化传热的目的；三是螺旋纽带采用三边结构，比普通纽带的扰流效果更强，强化传热和减小流阻的综合效果更优。

附图说明

图1是三边螺旋纽带的三维效果图；

图2是内插三边螺旋纽带管的三维剖面图；

图3是内插三边螺旋纽带管的纵截面图；

图4是内插三边螺旋纽带管的横截面图；

图5是内插三边螺旋纽带管内流体的努塞尔数Nu随雷诺数Re的变化图；

图6是内插三边螺旋纽带管内流体的阻力系数f随雷诺数Re的变化图；

图7是内插三边螺旋纽带管内流体的综合性能评价指标PEC随雷诺数Re的变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及其参数做进一步详细描述：

图中，1-空管，2-三边螺旋纽带，H-纽带半节距，θ-纽带相邻两边的夹角，m-纽带边长，d-换热管内径，t-纽带厚度。

三边螺旋纽带具有周期性结构，由厚度约为1mm，宽度相同的三个金属薄片组成，三个金属薄片的长边对接并焊在一起，焊接工艺采用二保焊焊接，相邻两金属薄片的夹角θ为120o。

三边螺旋纽带经过螺旋扭曲加工而成，其扭率y与半节距H的关系为：y=H/d，通过改变H得到不同扭率的三边螺旋纽带，其扭率y为2.0左右。

三边螺旋纽带的三个边呈均匀放射状分布，其厚度t约为1mm，材料根据具体工况而定，对于有腐蚀性介质的场合，三边螺旋纽带可选用不锈钢材质，也可采用塑料注塑成型；对于没有腐蚀性介质的场合，选用普通碳钢材质。

应用实例：

换热管全长L=600mm，内径d=20.0mm；三边螺旋纽带全长560mm，边长m=9.0mm，厚度δ=1.0mm，半节距H=40.0mm，扭率y=H/d=2.0。在湍流工况下，运用数值模拟软件ANSYS 15.0对内插三边螺旋纽带管内流体传热及流阻进行了模拟，并与空管和内插普通纽带管进行了对比，对比结果如图5、6、7所示。

图5所示为Nu随Re的变化规律。内插普通纽带管和内插三边螺旋纽带管内流体的Nu均明显高于同工况下空管。由计算结果可知，内插三边螺旋纽带管内流体的Nu比空管提高70%～116%，比内插普通纽带管提高8.34%～9.72%。内插三边螺旋纽带管的换热性能较好。

图6所示为f随Re的变化规律。内插普通纽带管和内插三边螺旋纽带管内流体的阻力系数f均远高于同工况下空管，同时内插三边螺旋纽带管内流体的阻力系数f略高于普通纽带管。由计算结果可知，内插三边螺旋纽带管内流体的阻力系数f分别比空管和内插普通纽带管的f高出251%～327%和9.23%～11.36%。

图7所示为综合性能评价指标PEC随Re的变化规律。相比于空管和内插普通纽带管，内插三边螺旋纽带管的PEC值较高，综合性能较好。内插三边螺旋纽带管的PEC可达1.33，分别比空管和内插普通纽带管的PEC高出12%～33%，5.47%～5.98%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三边螺旋纽带，其特征在于，三边螺旋纽带具有周期性结构，由厚度约为1mm、宽度相同的三个金属薄片组成，三个金属薄片的长边对接并焊在一起，相邻两金属薄片的夹角为120o；三边螺旋纽带经过螺旋扭曲加工而成，其扭率为2.0左右。

2.根据权利要求1所述的一种三边螺旋纽带，其特征在于，所述三边螺旋纽带外径比换热管内径小0.5～1.0mm，其长度一般与换热管等长或稍短。

3.根据权利要求1所述的一种三边螺旋纽带，其特征在于，所述三边螺旋纽带插入换热管内不需要设置固定装置。

4.根据权利要求1所述的一种三边螺旋纽带，其特征在于，所述三边螺旋纽带材质根据具体工况而定，对于有腐蚀性介质的场合，可选用不锈钢材质，也可采用塑料注塑成型；对于没有腐蚀性介质的场合，选用普通碳钢材质。