CN1087162A - 内部加肋的传热导管 - Google Patents

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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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Abstract

一种具有提高管子的传热性能的内肋的传热导 管，这种肋的横截面可以基本是三角形或矩形，而肋 的关键参数具有具体的范围值。在一最佳实施例中， 所述的肋是绕管的内周等间距分布和管子是用铜或 铜合金制成。

Description

本发明涉及用于热交换器中在管道内外流体间进行传热的各种管子，特别涉及一种在其内表面设有肋以改善管子的传热性能的热交换器管子。这样一种管子适用于空调、冷冻和类似系统的热交换器中。
长期以来，热传导管的设计者们已认识到具有表面加强件的管子的热传导性能要优于光滑壁管子的热传导性能。有许多种的表面加强件已应用在内、外的管子两表面上，仅举少数例子如就有肋片、散热片、复盖层和插入件等。几乎所有加强件的设计通常都是为了增加管子的热传导面积。大部分的设计目的还为了有助于流经管内或越过管子的流体中的湍流以促进流体的混和和在管子表面的边界层的破坏。
例如，在空调和冷冻系统和液冷发动机的散热器中的流体空气型热交换器中，常常使用板状散热片使管道在其外表面得到加强。在具有内表面加强件的标称外径为20毫米（3/4英寸）或更小外径的热交换器管子中，加强件通常是一种设置在管内表面上的螺旋形肋结构。
在管内表面上的螺旋形肋加强件是以两种方式提高管子的热传导性能。第一种方式是加工所形成肋的管壁增加了管子的热传导面积。第二种方式是肋促进在管内流动的流体中的湍流。湍流减小了在管子内表面上抑制层流边界层的热传导厚度。
如果上述的仅仅是内表面加强的传热管子的性能优化的有效因素，那么任务将是简单的。这可以简单地在单位长度的管子上密集许多尽可能高的肋来完成。在一种螺旋状肋加强件中，这就意味着使用尽可能大的肋螺旋角。
然而这并非那样容易。散热片的密度和散热片高度的增加将导致管子的流体流动阻力的增加。高流动阻力导致通过管子的流体压力损失的增加并要求获得通过管子的给定流速的泵力增加。肋的密度和高度的增加还要求管壁的材料量增加。这是为了提供形成肋的同时保持最小的有效壁厚并由此确保管内的合适冲击强度所必需的材料。
本发明的目的是要获得在内部加强的热传导管内的高的传热效率而同时又能保证合适的管子冲击强度而且管壁材料最少和通过管子的流体流动特性又能接受。
本发明是通过一种在其内表面上设有螺旋肋的热传导管子来达到目的。肋螺旋角、肋高和肋密度的范围已经选择以优化传热效率而又能提供合适的管壁强度和流体的流率。
这种管子可用任何的成形加工方法用任何合适的材料制成，而特别适合由铜或铜合金材料制成，其加工方法为先在一金属带的一表面滚压凸出内加强件，然后将该金属带卷成管状，然后将该卷成管形的金属带滚焊成管子。然而如果采用这种方法制成管子，螺旋槽围绕在管子的整个圆周上并不是连续的。在焊缝附近就会有一个不含有加强件的区域。这个未加强区对管子性能的影响是很小的。
所有附图作为本说明书的一部份。在所有附图中相同的标号表示相同的零件。
图1是本发明的热传导管的带剖面的示意图;
图2是本发明的传热导管的横剖视图;
图3是本发明的传热导管的管壁一部分的示意横剖视图;
图4和图5是本发明的传热导管的两个实施例的管壁的部分横剖视图;
图6是用于制造本发明的传热导管的一种压纹金属带的部分立体图;
图7是本发明的传热导管的管壁的部分横剖视图，图中示出在管子由金属带卷成管形和经滚焊制成时，其未被加强的焊区。
图1以剖视示意表示作为本发明的具体实例的一个传热导管。在图1中，传热导管10有它的基本上延伸于整个内表面上的表面加强件11。
图2以横剖正视图表示传热导管10。为清楚起见，只示出轴向的表面加强件11（图1）中的单个肋14，但是在本发明的加强件中，多个肋14，都相互平行地从管10的壁13上伸出。肋14以与纵向轴线a1成角α倾斜。管子10有从肋间的管子内表面测得的内径Di。
图3是本发明的传热导管10的管壁13的一部分的横剖示意视图，表示在管内表面上的加肋加强件的细节。向内伸出的（向着管子10的中心）是多个肋14。每个肋14有底宽度WR和高度HR。肋片顶角β是在肋14的第一和第二侧平面17在它们延伸相交而形成的角度。在肋14之间形成的是多个槽15。
如图3所示的这些肋呈梯形横截面。由于肋的尺寸、用于管子的金属的加工特性和用于形成肋的制造工艺的关系，要产生锐缘的梯形突起将是困难的，即使不是不可能。例如在金属带供料上进行肋滚压凸起时，金属并不完全注满压滚纹筒的槽，因此所形成的肋的横截面很象图4和5中所示的那样。根据顶角，肋的横截面可以基本上是三角形的，如图4所示的，或基本上是矩形的，如图图5所示。在确定肋的边际上究竟具有三角形还是矩形横截面时有主观因素，但是具有小于15°顶角的肋可以认为有一个矩形横截面，而顶角大于15°将会展现具有三角形横截面的肋。
可以这样确定，对相应于可接受的流体流动阻力的最佳热传导性能来说，采用本发明的和具有20毫米（3/4英寸）或更小的标准外径的管子应该设有具有下列参数的肋的内表面加强件：
a.在肋和管子的纵向轴线间的角度应在30°和45°之间，即30°≤α≤45°;
b.肋高对管子内径之比应在0.018和0.03之间，即0.018≤HR/Di≤0.03;
c.肋顶角应在0°（即肋实际上为矩形）和60°之间，即0°≤β≤60°;
d.肋与管子内壁结合的肋底的宽度应在0.127毫米和0.254毫米（0.005英寸和0.01英寸）之间，即0.127毫米（0.005英寸）≤WR≤0.254毫米（0.01英寸）;以及
e.管子的内周（πDi）的单位长度的肋数应在每厘米10和24根肋之间（每英寸25根和60根），即10/厘米（25/英寸）≤肋数/内周长πDi≤24/厘米（60/英寸）。
本发明的肋和槽可以用任何适当的加工方法例如冲压成形、芯轴插入、金切加工或类似方法在热传导管的内表面上形成。在采用现代自动化高速度加工方法制造滚焊管的过程中，一种有效的方法是应用在金属带被卷成圆形横截面和缝焊成管子之前由在金属带的一个表面上滚压施力凸出加强件结构。图6表示一金属带20具有在其表面之一被滚压凸出加强件结构21。沿着金属带20的每一边缘留下一个成为加工完毕的管子的焊接区的未加强区域22。
肋应是围绕管子的内周以等间距分布，但是较小的间距变化可以接受。如果管子是用滚压凸纹、滚卷成形和滚焊方式加工而成，则很可能沿着加工完毕的管子焊接线存在一个区域，这个区域或由于加工过程的性质而没有出现在绕管内周的剩下部分上的加强件构形，或有一个不相同的加强件构形。图7表示出管子10的壁13的一部分横剖视图。在本实施例中的焊接区不含有肋。这一不同构形的区域并不会不利地影响管子的传热或流体的流动性能。
由于它们的热传导特征、工作能力、较低成本和耐腐蚀性，采用本发明制造管子的优良材料是铜或一种合适的铜合金。

Claims (6)

1、一种改进的传热导管(10)具有一内表面，一内径(Di)，一纵向轴线(aT)和多个在所述内表面上形成的肋和槽，每个所述的肋有一个底，两个相对侧面，在所述侧面之间的一个顶角(β)，一个肋高(HR)以及相对于所述纵向轴线的倾斜角(α)，其特征在于，所述的倾斜角是在30°和45之间；所述肋高对其内径之比是在0.018和0.03之间；所述肋底的宽度(WR)是在0.127毫米和0.254毫米(0.005英寸和0.01英寸)之间；所述的顶角是在0°和60°之间；以及所述管子内周(πDi)的单位长度上的肋数目是在每厘米10个和24个之间(每英寸26和60个之间)。
2、如权利要求1所述的传热导管，其特征在于，所述的肋的横截面基本上为三角形，所述肋相对侧面之间的顶角是在15°和40°之间。
3、如权利要求1所述的传热导管，其特征在于，所述肋间的横截面基本上为矩形，在肋的相对侧面之间的顶角小于15°。
4、如权要求1所述的传热导管，其特征在于，所述肋是围绕所述热传导管内表面以基本等间距设置。
5、如权利要求1所述的传热导管，其特征在于，所述的热传导管是用基本含有铜的材料制成。
6、如权利要求1所述的传热导管，其特征在于，所述的热传导管是用基本含有一种铜合金的材料制成。
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