CN110542341A - 一种高密度耦合双效强化管 - Google Patents

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柳林
沈童
屈松正
顾晓奕
倪晓萌
王傲
张琳
许伟刚
卜诗
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Abstract

本发明公开了一种高密度耦合双效强化管，包括管体和若干高密度耦合双效肋片，其高密度耦合双效肋片与管体之间采用钎焊焊接，高密度耦合双效肋片高密集且沿圆周方向均匀地分布在管体内表面上，高密度耦合双效肋片的数量由密集度决定，一般密集度应为38%~47%，所谓密集度指所有肋片横截面积的总和与管体横截面积之比，其值由肋片高度、厚度、间距以及管体内径共同决定，且高密度双效肋片相互之间不接触；高密度耦合双效肋片的最佳有效高度应保持在管体内径的1/4～3/8之间；本发明结构简单、形式多样、易于加工制造，管内换热面积不仅获得有效扩展，而且内部介质流型双效耦合，湍动程度高，二次流强烈，强化换热效果好。

Description

一种高密度耦合双效强化管
技术领域
本发明涉及一种高密度耦合双效强化管，适用于石油、化工、动力、制冷、环保节能等工业领域的热交换设备中。
背景技术
在过程工业领域中，过程设备的节能降耗和能源利用率的提高是当务之急，而热交换设备尤为突出，约占总设备份额的50%，其性能的好坏直接影响着节能环保目标的达成。 强化换热技术是实现目标的主要手段。通过扩展肋片，延展二次传热面积的方法被广为应用。由于肋片的存在，可大幅增加管内传热面积，从而提高换热性能。但目前实践中发现，虽然肋片有效增加了传热面积，但随着工作介质流速的不断提高，管内压降损失也随之快速增大，且肋片越多，压降损失越大，综合性能显著下降。因此，仅靠拓展管内传热面积而提高综合传热性能是不经济的，因此本发明开发一种新型的强化换热管。
高密度耦合双效强化管是通过在管内密布耦合双效肋片，既有效扩展传热面积，形成边缘窄幅通道和主流耦合流道，又使管内工作介质流场成多流态化，耦合了扩缩变流性，促进边缘窄缝通道和主流耦合流道的二次流产生，强有力的进行热交换，强化传热效果显著。同时，由高密度耦合双效肋片形成的主流耦合流道，避免了因一味扩展传热面积而使管内压力损失骤增的现象，通过自身结构的特点，使得管内呈周期性变化的复杂结构，利用波峰波谷处流速、压力的变化产生双向扰动，使通道内流体受空间周期性的扰动，不断改变流动方向，有效地破坏热边界层，使边界层内流体不断与中心区流体交换，增加近壁处流体层的温度梯度，并有效降低了压力损失，实现了综合性能维持在较高值的目标。
发明内容
本发明为了满足过程工业热交换设备节能降耗和提高换热效率的需要，提出一种高密度耦合双效强化管，其结构简单，形式多样，并且易成型加工。所谓一种高密度耦合双效强化管，包括管体（1）和若干高密度耦合双效肋片（2），其高密度耦合双效肋片与管体之间采用钎焊焊接，并沿圆周方向均匀且高密集地分布在管体内表面上，使得管内形成主流耦合流道（3）和边缘窄缝通道（4）。肋片长度方向与管体轴线方向一致。高密度耦合双效肋片的数量由密集度决定，一般密集度应为38%~47%，所谓密集度指所有肋片横截面积的总和与管体横截面积之比，其值由肋片高度、厚度、间距以及管体内径共同决定，且高密度双效肋片相互之间不接触；高密度耦合双效肋片的最佳有效高度应保持在管体内径的1/4～3/8之间；本发明不仅有效扩展了传热面积，而且内部介质流型双效耦合，湍动程度高，二次流强烈，强化换热效果好。
所述高密度耦合双效肋片（2），整体呈薄壁板材，厚度方向纤薄，高度方向与管体（1）轴向方向垂直，而沿长度方向的向心侧（向管内侧）端面可以为正弦波形，余弦曲线，矩形，锯齿形或其它异形形状，长度方向的另一侧端面与管体（1）钎焊焊接。
所述高密度耦合双效肋片（2）的高度应为管体（1）内径的1/4～3/8之间。
所述高密度耦合双效肋片（2）的数量由密集度决定，一般密集度应为38%~47%，所谓密集度指所有肋片横截面积的总和与管体横截面积之比，其值由肋片高度、厚度、间距以及管体内径共同决定，且高密度耦合双效肋片相互之间不接触。
所述高密度耦合双效肋片（2）在同一根管中，沿长度方向向心侧端面可采用不同的形式，如正弦波形，余弦曲线，矩形，锯齿形或其它异形形状。
进一步地，所述波峰（5）为高密度耦合双效肋片（2）向心侧端面向管体（1）内明显凸出的部位。
进一步地，所述波谷（6）为高密度耦合双效肋片（2）向心侧端面向管体（1）外明显凸出的部位。
所述主流耦合流道（3），由高密度耦合双效肋片（2）向心侧端面形状呈现的以正弦波形，矩形，锯齿形或其它异形形状为母线构成的中心对称回转结构，具有周期性变化的特点。
所述边缘窄缝通道（4），由高密度耦合双效肋片（2）沿管体（1）内圆周方向，相邻肋片间隔所包裹的区域构成的流道。
主流耦合流道（3）和所述边缘窄缝通道（4）均位于管体（1）内，由高密度耦合双效肋片（2）分割，但两者互通，而不孤立，相互耦合。
附图说明
图1为本发明高密度耦合双效强化管的横截面示意图，但由于主流耦合流道是周期性变化的，因此高密度耦合双效强化管的横截面形状也是周期变化的，不唯一。
图2为本发明高密度耦合双效肋片的结构示意图。
图3为本发明高密度耦合双效强化管沿管体轴线方向的纵截面示意图。
附图标记说明 ：
1-管体 ；2-高密度耦合双效肋片；3-主流耦合流道；4-边缘窄缝通道；5-波峰；6-波谷。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
如图1、图2、图3所示，本发明一种高密度耦合双效强化管，包括管体（1）和若干高密度耦合双效肋片（2），其高密度耦合双效肋片与管体之间采用钎焊焊接，并沿圆周方向均匀且高密集地分布在管体内表面上，使得管内形成主流耦合流道（3）和边缘窄缝通道（4）。肋片长度方向与管体轴线方向一致。高密度耦合双效肋片的数量由密集度决定，一般密集度应为38%~47%，所谓密集度指所有肋片横截面积的总和与管体横截面积之比，其值由肋片高度、厚度、间距以及管体内径共同决定，且高密度双效肋片相互之间不接触；高密度耦合双效肋片的最佳有效高度应保持在管体内径的1/4～3/8之间；例如针对DN32的无缝钢管，外径38mm，壁厚2mm，内径34mm，高密度耦合双效肋片厚度0.5mm，间距1mm，高度10mm，数量71片。高密度耦合双效肋片（2）向心侧端面采用正弦曲线，周期为20mm，波高4mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高密度耦合双效强化管，其特征在于：它由管体（1）和高密度耦合双效肋片（2）组成，所述管体（1）和高密度耦合双效肋片（2）之间采用钎焊进行连接，所述高密度耦合双效肋片（2）沿管体（1）圆周方向密集且均匀地分布在其内表面上，形成了主流耦合流道（3）和边缘窄缝通道（4）。
2.根据权利要求1所述的高密度耦合双效强化管，其特征在于：所述高密度耦合双效肋片（2）沿长度方向的向心侧端面可以为正弦波形，余弦曲线，矩形，锯齿形或其它异形形状；且同一根管中可以存在一种、两种或者多种异形的肋片；长度方向的另一侧端面与管体（1）钎焊焊接。
3.根据权利要求1所述的高密度耦合双效强化管，其特征在于：所述高密度耦合双效肋片（2）的高度太低会导致翅片的强化传热效果明显降低，太高则会导致压降明显升高，因此其高度保持在管体（1）内径的1/4～3/8之间；且高密度耦合双效肋片（2）的数量由密集度决定，一般密集度应为38%~47%，所谓密集度指所有肋片横截面积的总和与管体横截面积之比，其值由肋片高度、厚度、间距以及管体内径共同决定，且高密度耦合双效肋片相互之间不接触。
4.根据权利要求1，2和3所述的高密度耦合双效强化管，其特征在于：所述由高密度耦合双效肋片（2）形成的主流耦合流道（3）的纵截面形状可以是以正弦波形，矩形，锯齿形或其它异形形状为母线构成的中心对称回转结构。
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