CN105737661A - 一种矩形横截面翅片管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矩形横截面翅片管，所述翅片管包括基管及其设置在基管上的横向翅片，所述基管是矩形，所述翅片为矩形。本发明通过设置矩形翅片和矩形基管，使得基管和翅片形状相同，使得换热场达到协同，热量的分布方向、传输数量达到周向基本相同，从而进一步强化传热。

Description

一种矩形横截面翅片管

技术领域

本发明属于换热器领域，尤其涉及一种换热器部件－翅片管。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。因此为了节约能源，强化传热技术在不断发展，翅片管也是在换热领域中普遍应用。目前现有技术中的翅片都是一个整体设置在基管上，因此利用翅片管虽然起到了强化传热的功能，但是在某些工作条件下，例如烟气换热、还有杂质的气体换热方面，或出现集灰现象，导致换热系数下降，因此本发明针对目前现有技术出现的情况，提出了一种新的换热管。

发明内容

本发明旨在提供一种节能环保的翅片管，既可以满足强化传热的功能，同时还可以在很大程度上减少集灰。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种矩形横截面翅片管，所述翅片管包括基管及其设置在基管上的横向翅片，所述基管横截面是矩形，所述翅片为矩形。

作为优选，所述的基管的横截面是正方形。

作为优选，所述翅片为多组，所述多组翅片沿所述基管的轴线方向间隔地设置在所述基管上，且所述每组翅片都平行于所述基管的横截面，所述每组翅片包括两个翅片，所述的两个翅片沿着基管的轴线所在的面对称，其特征在于，所述的基管的横截面形状为矩形，所述的翅片形状为矩形，所述两个翅片之间形成第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口沿着基管的轴线所在的面对称。

作为优选，所述基管内部设置内翅片，所述内翅片连接矩形的对角，所述内翅片将基管内部分为多个小通道，在内翅片上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通；

所述的连通孔为圆形，所述正方形的内边长为L，所述连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔圆心之间的距离为l，满足如下关系：

l/L*10=a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.45<a<1.62,2.89<b<3.10;

0.33<l/L<0.39;

0.13<r/L<0.18;

30mm<L<140mm；

5mm<r<19mm。

作为优选，14mm<l<43mm。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1）通过设置矩形翅片和矩形基管，使得基管和翅片形状相同，使得换热场达到协同，热量的分布方向、传输数量达到周向基本相同，从而进一步强化传热。

2）提供了一种新式结构的方管换热管，通过在换热管上设置第一开口和第二开口，减少集灰。

3）通过换热管基管和翅片设置为矩形，实现换热管基管和翅片形状的协同效果，强化传热

4）通过在基管内部开设连通孔，在保证提高换热效率的同时，减少了基管内的流动阻力。

5）本发明通过多次试验，在保证换热量最大以及流动阻力满足要求的情况下，得到一个最优的换热管优化结果，并且通过试验进行了验证，从而证明了结果的准确性。

附图说明

图1是本发明H型翅片管的横截面示意图；

图2是本发明H型翅片管的侧视结构示意图；

图3是本发明基管横截面结构示意图；

图4是本发明内翅片连通孔分布示意图；

图5是本发明内翅片连通孔错列分布示意图；

图6是本发明基管内正方形尺寸示意图。

附图标记如下：

1基管，2第一开口，3第二开口，4第一翅片，5第二翅片，6内翅片，7连通孔，8小通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明公开了一种翅片管，所述翅片管包括基管及其设置在基管上的横向翅片，所述基管的横截面是矩形，所述的翅片形状为矩形。

通过设置矩形翅片和矩形基管，使得基管和翅片形状相同，使得换热场达到协同，热量的分布方向、传输数量达到周向基本相同，从而进一步强化传热。

作为优选，图1展示了一种H型翅片管的横截面示意图。如图1所示，H型翅片管包括基管1和翅片4，5，所述翅片4，5为多组，所述多组翅片4，5沿所述基管1的轴线方向（即基管的中心线方向上）间隔地设置在所述基管1上，且所述每组翅片4，5都平行于所述基管1的横截面，所述每组翅片包括第一翅片4和第二翅片5，所述的第一翅片4和第二翅片5沿着基管1的轴线所在的第一面对称，所述的基管1的横截面形状为矩形，所述的第一翅片4和第二翅片5形状为矩形，所述两个翅片4，5之间形成第一开口2和第二开口3，所述第一开口2和第二开口3沿着基管1的轴线所在的第二面对称。

作为优选，所述第一面和第二面垂直。

通过设置第一开口2和第二开口3，可以减少换热管上的集灰。同时因为基管和翅片的形状都是矩形，可以达到形状相适应，进一步强化传热。

作为优选，所述第一开口2和第二开口3的宽度W为6-8mm。

作为优选，所述的基管1的横截面是正方形。

作为优选，如图1所示，所述第一开口2位于所述基管的最顶部。所述第二开口位于所述基管管的最底部。即第一开口2和第二开口3沿着基管1轴线所在的水平面上下对称。

图2展示了沿着基管1的轴向方向（即长度方向上）多个（多组）翅片4,5间隔设置。

作为优选，沿着基管内流体的流动方向，在基管1的轴向方向上的相邻翅片组间隔的距离不断的减少。因为基管内的流体沿着流动方向不断的吸热，而且温度越来越高，吸热能力相应的也会变差，因此通过设置翅片组之间的距离变化，能够最大程度的吸收热量。相应的，放热过程也存在这种问题。

作为优选，沿着基管内流体的流动方向，在基管1的轴向方向上的相邻翅片组间隔的距离不断的减少的幅度不断的增加。通过实验发现，此种设置可以提高10％左右的换热量。

相邻翅片组之间的间距为5-20mm，此处的间距是以相邻翅片组相对的面之间的距离。

作为优选，所述基管1内部设置内翅片6，所述内翅片6连接基管1长方形的对角，如图3所示。所述内翅片6将基管1内部分为多个小通道8，在内翅片上设置连通孔7，从而使相邻的小通道8彼此连通。

通过设置内翅片6，将基管1内部分为多个小通道8，进一步强化传热，但是相应的流体流动的压力增加。通过设置连通孔7，保证相邻的小通道8之间的连通，从而使得压力大的小通道内的流体可以向邻近的压力小的小通道内流动，解决冷凝端的内部各个小流道压力不均匀以及局部压力过大的问题，从而促进了流体在换热通道内的充分流动，同时通过连通孔7的设置，也降低了基管1内部的压力，提高了换热效率，同时也提高了基管1的使用寿命。

优选的，沿着基管1内流体的流动方向，所述连通孔7的面积不断的增加。

所述的连通孔7为圆形结构，沿着基管1内流体的流动方向，所述圆形结构的半径不断的增加。

因为沿着基管1内流体的流动方向，基管1内的流体不断的吸热甚至蒸发，因此使得基管1的压力不断的增加，而且因为连通孔7的存在，使得基管1内部的压力分配越来越均匀，因此连通孔的面积需要很大，通过设置不断的变大，从而使得在保证热管内部压力均匀和压力的情况下，通过连通孔面积的变化来增加换热面积，从而提高换热效率。

优选的，沿着基管1内流体的流动方向，所述连通孔7的面积不断的增加的幅度不断增加。通过如此设置，也是符合流动压力的变化规律，进一步降低流动阻力的同时，提高换热效率。通过如此设置，通过是实验发现可以提高8%左右的换热效率，同时阻力基本保持不变。

优选的，沿着基管1内流体的流动方向，连通孔7的分布数量越来越多，进一步优选，所述连通孔数量不断的增加的幅度不断增加。

通过上述数量的分布原理与面积减少原理相同，与连通孔数量完全相同相比，通过数量分布来减少流通面积。

在实际实验中发现，连通孔7的面积不能过小，过小的话会导致流动阻力的增加，从而导致换热的减弱，连通孔7的面积不能过大，面积过大，会导致换热面积的减少，从而降低换热效果。同样，基管1的横截面积不能过大，过大导致管板结构单位长度上分布的换热管过少，同样导致换热效果变差，基管1流动面积也不能过小，过小会导致流动阻力增加，从而导致换热效果变差。因此连通孔7与基管1横截面面积及其相邻连通孔7之间的距离必须满足一定要求。

因此，本发明是通过多个不同尺寸的换热管的上千次数值模拟以及试验数据，在满足工业要求承压情况下（10MPa以下），在实现最大换热量的情况下，总结出的最佳的基管的尺寸优化关系。

本发明是基管横截面是正方形下进行的尺寸优化。

所述正方形的内边长（即正方形的外边长减去壁厚）为L，所述连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔之间的距离为l，满足如下关系：

l/L*10=a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.45<a<1.62,2.89<b<3.10;

0.33<l/L<0.39;

0.13<r/L<0.18;

30mm<L<140mm；

5mm<r<19mm。

其中，l等于相邻连通孔7圆心之间的距离。如图4、5所示的左右相邻和上下相邻的连通孔圆心之间的距离。

进一步优选，14mm<l<43mm。

优选的，随着r/L的增加，所述的a,b增加。

作为优选，a=1.55,b=3.03。

作为优选，如图4、5所示，每个内翅片上设置多排连通孔7，如图5所示，所述多个连通孔7为错排结构。通过错排接构，可以进一步提高换热，降低压力。

作为优选，基管的材料为铜铝合金，所述铜铝合金的组分的质量百分比如下：3.7％Cr，3.3％Ag，2.2％Mn，1.25％Zr，1.23％Ce，1.25％Ti，2.46％Si，其余为Cu、Al，Cu、Al的比例为（8.53－10.23）:1.12。

铜铝合金的制造方法为：采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过820℃均匀化处理，在640℃，采用热挤压成棒材，然后再经过565℃固溶淬火后，在230℃进行人工时效处理。

经测试，上述合金具有很高的导热系数，导热系数为大于250W/(m*k）。

通过增加铜铝合金中铜的比例，大大增加合金的耐热性能，同时还提高合金的抗腐性能。

基管和翅片可以一体制造，也可以分体制造，基管和翅片也可以是不同的材料，例如基管是前面提到的铜铝合金，翅片则可以采用其他合金，其中其他合金组成如下：

质量百分比如下Ni30％；Cr20％；Al6％；C0.03％；B0.016％；Co2％；Ti3％；Nb0.1％；La0.2%；Ce0.2％；Fe余量。

合金的制造方法为：通过在真空感应炉中按照电热合金的成分熔炼浇注成锭，然后在1200℃-900℃将合金锭热锻成棒材，在1200℃-900℃热轧成盘材，再在室温冷拔成不同规格的丝材。

经测试，上述合金具有很高的导热系数。

作为优选，所述基管1和翅片外部涂敷防腐层。

作为优选，所述防腐层是由防腐涂料生成，防腐涂料由如下成分组成：片状锌粉8.3％，氧化铝为8％，硼酸为7.3％，丙烯酸为0.7％，润湿分散剂为0.4％，增稠剂为0.15％，消泡剂为0.23％，余量的水。

一种制备上述水性防腐涂料的方法，该方法按照以下步骤实施，

a、按涂料总质量百分比，分别称取一定量的水、0.4％的润湿分散剂和0.23％的消泡剂，然后混合到一起，充分搅拌使之溶解制成涂料混合液A1，再向混合液A1中加入占涂料总质量的8.3％的片状金属粉，搅拌均匀制成涂料混合液A2；

b、按涂料总质量百分比，称取7.3％硼酸，组成混合液，加入到20％～40％的水中充分溶解制成无机酸混合液B1，再向混合液B1中加入8％的氧化物粉，搅拌至无沉淀制成无机酸混合液B2；

c、按涂料总质量百分比，称取0.7％的丙稀酸，加入到5％～15％的水中，充分搅拌均匀制成还原剂混合液C；

d、按涂料总质量百分比，称取0.15％的增稠剂羟乙基纤维素，加入到2.5％～15％的水中，搅拌至溶解呈半透明状且无凝胶出现即停止搅拌制成增稠剂混合液D；

e、将配制的无机酸混合液B2加入到涂料混合液A2中，然后加入还原剂混合液C配制量的1/5～1/2，边搅拌边加入增稠剂混合液D，再加入余量的水，继续搅拌30～90分钟，直到涂料混合液均匀一致无团聚颗粒为止，最后再加入剩余的还原剂混合液C，再搅拌10～40分钟，即得。

该种涂料通过喷涂、刷涂、浸涂施涂于翅片管表面，80±10℃烘干10～60分钟，280±40℃固化烧结30～60分钟，形成良好耐蚀涂层。

所述润湿分散剂为平平加系列中的SA-20，所述的增稠剂选用羟乙基纤维素；所述的消泡剂选用磷酸三丁酯。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种矩形横截面翅片管，所述翅片管包括基管及其设置在基管上的横向翅片，所述基管横截面是矩形，所述翅片为矩形。

2.如权利要求1所述的矩形横截面翅片管，所述的基管的横截面是正方形。

3.如权利要求1所述的矩形横截面翅片管，所述翅片为多组，所述多组翅片沿所述基管的轴线方向间隔地设置在所述基管上，且所述每组翅片都平行于所述基管的横截面，所述每组翅片包括两个翅片，所述的两个翅片沿着基管的轴线所在的面对称，其特征在于，所述的基管的横截面形状为矩形，所述的翅片形状为矩形，所述两个翅片之间形成第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口沿着基管的轴线所在的面对称。

4.如权利要求2所述的矩形横截面翅片管，所述基管内部设置内翅片，所述内翅片连接矩形的对角，所述内翅片将基管内部分为多个小通道，在内翅片上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通；

所述的连通孔为圆形，所述正方形的内边长为L，所述连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔圆心之间的距离为l，满足如下关系：

l/L*10=a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.45<a<1.62,2.89<b<3.10;

0.33<l/L<0.39;

0.13<r/L<0.18;

30mm<L<140mm；

5mm<r<19mm。

5.如权利要求4所述的矩形横截面翅片管，14mm<l<43mm。