CN111707122A - 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法 - Google Patents

一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111707122A
CN111707122A CN202010377768.6A CN202010377768A CN111707122A CN 111707122 A CN111707122 A CN 111707122A CN 202010377768 A CN202010377768 A CN 202010377768A CN 111707122 A CN111707122 A CN 111707122A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fin
wall
tube
grid
tube body
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
CN202010377768.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111707122B (zh
Inventor
何子聪
万珍平
陈汉平
宋喜茜
展光辉
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.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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 South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202010377768.6A priority Critical patent/CN111707122B/zh
Publication of CN111707122A publication Critical patent/CN111707122A/zh
Priority to US17/170,849 priority patent/US11619455B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111707122B publication Critical patent/CN111707122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/022—Making the fins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/027—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers by helically or spirally winding elongated elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/06—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of metal tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/182—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing especially adapted for evaporator or condenser surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/04—Coatings; Surface treatments hydrophobic

Abstract

本发明涉及一种具有表面混合润湿性的外翅片管，包括管本体，管本体外壁设有外翅片，外翅片沿管本体延伸方向螺旋设置，外翅片的相邻两个螺旋部之间设有宫格翅片，宫格翅片的两端分别连接于外翅片的相邻两个螺旋部，宫格翅片数量为多个，多个宫格翅片沿管本体延伸方向螺旋间隔排列设置。管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成强化腔，能形成较大的过热度，为沸腾/冷凝过程提供了形核点，增强了换热性能。宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成蒸发腔，具有较大的传热表面，能促进液体工质进入强化腔，促使蒸发产生的气体工质离开强化腔，减小传热阻力，强化冷凝性能。本发明还涉及一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法。

Description

一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法
技术领域
本发明涉及强化传热管技术领域，特别是涉及一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法。
背景技术
随着全球经济和科技的发展，人类对于能源的需求爆发式增长，能源对现代文明发展起着至关重要的作用。对能源的需求急剧增长，能源短缺问题日益严重。上世纪60年代强化传热技术成为研究新方向，强化传热可以有效提高热量传输的效率，使热量传输器件轻型化、小型化，采用更高效的散热技术，使高能量密度的器件稳定运行，达到节能减排的的目的。
目前工业上应用的外翅片管以二维结构为主，如套片式翅片管、绕片式翅片管、滚轧式翅片管。近年来随着加工技术长足发展，属于第三代传热技术的三维外翅片管已广泛应用于换热器领域中。相比一维和二位外翅片管，具有更粗糙的表面，更大的换热面积。但传统换热管针对沸腾(蒸发)和冷凝两种不同的工况有不同的参数优化，通常蒸发管和冷凝管互不通用。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其通过在管本体外表面由内到外依次设置能形成较大过热度的强化腔和具有较大传热表面的蒸发腔，强化腔连通蒸发腔，减小了传热阻力，提高了换热效率，增强了换热和冷凝性能，能作为蒸发管应用于蒸发器中或作为冷凝管应用于冷凝器中，能够作为两用管使用，为热泵机组的发展提供了关键条件。
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法，通过该方法能够在管本体外表面由内到外依次成形出能形成较大过热度的强化腔和具有较大传热表面的蒸发腔，能作为蒸发管应用于蒸发器中或作为冷凝管应用于冷凝器中，能够作为两用管使用，为热泵机组的发展提供了关键条件。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有表面混合润湿性的外翅片管，包括管本体，管本体外壁设有外翅片，外翅片沿管本体延伸方向螺旋设置，外翅片的相邻两个螺旋部之间设有宫格翅片，宫格翅片的两端分别连接于外翅片的相邻两个螺旋部，宫格翅片与管本体外壁之间留有空隙，宫格翅片数量为多个，多个宫格翅片沿管本体延伸方向螺旋间隔排列设置。
进一步，管本体设有亲水部和疏水部，亲水部由管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成，疏水部由宫格翅片外壁与外翅片半合围而成。
进一步，管本体设有亲水部和疏水部，疏水部由管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成，亲水部由宫格翅片外壁与外翅片半合围而成。
进一步，疏水部外表面设有全氟辛基三乙氧基硅烷涂层。
进一步，全氟辛基三乙氧基硅烷涂层外表面设有抛光层。
进一步，管本体为铜管，亲水部外表面设有氧化铜层。
进一步，亲水部的表征接触角为0°，疏水部的表征接触角为150°以上。
进一步，管本体内壁设有螺纹。
一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法，包括以下步骤，
通过加工设备使管本体同时做旋转运动和进给运动；
将多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀和挤压齿切刀沿管本体进给方向依次紧密排列，其中外径最小的螺旋外翅片轧刀抵压于管本体起始加工端；
多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀依次作用于管本体外壁成形出垂直于管本体延伸方向的外翅片，挤压齿切刀挤压于外翅片相邻两个螺旋部之间，在外翅片相邻两个螺旋部之间成形出均匀间隔分布的宫格翅片。
进一步，成形出均匀间隔分布的宫格翅片后，还包括以下步骤，
管本体为铜管，将管本体浸泡于KOH和K2CO3混合溶液，使管本体外壁、外翅片表面和宫格翅片表面生成CuO；
根据不同的亲疏水表面分布方案，将具有低表面能基团的全氟辛基三乙氧基硅烷溶液喷涂于宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域，从而在宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成疏水部，在管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成亲水部；或者
将管本体浸泡于全氟辛基三乙氧基硅烷溶液中，抛光宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域使其表面的CuO脱落，从而在宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成疏水部，在管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成亲水部。
总的说来，本发明具有如下优点：
外翅片与多个宫格翅片增大了管本体外表面积，同时形成了有序的三维结构，增大了与工质的接触面积。管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成强化腔，强化腔贴近于管本体，能形成较大的过热度，同时为沸腾/冷凝过程提供了形核点，增强了换热性能，提高了换热效率。宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成蒸发腔，蒸发腔具有较大的传热表面，能促进液体工质进入强化腔，同时促使蒸发产生的气体工质离开强化腔，能够较好地促进冷凝液膜减薄，减小了传热阻力，强化了冷凝性能。因此本发明实施例具有表面混合润湿性的外翅片管能作为蒸发管应用于蒸发器中或作为冷凝管应用于冷凝器中，能够作为两用管使用，为热泵机组的发展提供了关键条件。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的成形过程示意图。
附图标记说明：
1——管本体，2——螺纹，3——外翅片，4——宫格翅片，5——强化腔，6——蒸发腔，7——右旋梯形螺纹芯柱，8——螺旋外翅片轧刀，9——整形刀片，10——挤压齿切刀。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种具有表面混合润湿性的外翅片管，包括管本体1，管本体1外壁设有外翅片3，外翅片3沿管本体1延伸方向螺旋设置，外翅片3的相邻两个螺旋部之间设有宫格翅片4，宫格翅片4的两端分别连接于外翅片3的相邻两个螺旋部，宫格翅片4与管本体1外壁之间留有空隙，宫格翅片4数量为多个，多个宫格翅片4沿管本体1延伸方向螺旋间隔排列设置。
外翅片3与多个宫格翅片4增大了管本体1外表面积，同时形成了有序的三维结构，增大了与工质的接触面积。管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成的区域形成强化腔5，强化腔5贴近于管本体1，能形成较大的过热度，同时为沸腾/冷凝过程提供了形核点，增强了换热性能，提高了换热效率。宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域形成蒸发腔6，蒸发腔6具有较大的传热表面，能促进液体工质进入强化腔5，同时促使蒸发产生的气体工质离开强化腔5，能够较好地促进冷凝液膜减薄，减小了传热阻力，强化了冷凝性能。因此本发明实施例的外翅片管能作为蒸发管应用于蒸发器中或作为冷凝管应用于冷凝器中，能够作为两用管使用，为热泵机组的发展提供了关键条件。
具体地，外翅片3垂直于管本体1延伸方向。外翅片3由多个螺旋部依次连接形成。由于宫格翅片4与管本体1外壁之间留有空隙，宫格翅片4强度低于外翅片3强度，将宫格翅片4设置于外翅片3的相邻两个螺旋部之间，外翅片3能够有效地保护宫格翅片4。只需要在外翅片3的相邻两个螺旋部之间设置宫格翅片4，便能够在管本体1外表形成具有较大过热度的强化腔5和具有较大传热表面的蒸发腔6，在此基础上，无需在宫格翅片4上设置其他翅片结构，避免削弱管本体1整体和宫格翅片4的强度，加强了安全性，延长了使用寿命。
本实施例中，外翅片3相邻两个螺旋部之间间距为0.5-0.6mm，外翅片3厚度为0.1-0.2mm，高度为0.1-0.2mm。
管本体1的每一圆周上，宫格翅片4的数量为200-300个。
申请人发现，外翅片3在管本体1外结构上做亲水和疏水处理能显著提升沸腾/冷凝传热性能。亲水和疏水两种不同的润湿性的表面交替分布，在沸腾工况下亲水部表面能有效降低气泡脱离阻力，疏水部表面能提供更多形核点，降低沸腾起始温度。在冷凝工况下疏水部表面容易产生液滴凝结现象，促进液体从冷凝表面脱离，亲水部和疏水部表面交替能有效减小脱离液滴大小，加快液滴脱离速率，提高蒸发和冷凝两种工况的传热效率。
根据不同的亲疏水表面分布方案，其中的一种情形是：管本体1设有亲水部和疏水部，亲水部由管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成，疏水部由宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成。
在由管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成的强化腔5设置亲水部，在沸腾换热中，强化腔5亲水部有亲液性，提升了工质的毛细性能，提高了临界换热功率。
在由宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的蒸发腔6设置疏水部，蒸发腔6疏水部可以提供更多的形核点，降低起始沸腾温度。
在冷凝换热中，蒸发腔6疏水部可以促进工质的液滴冷凝现象，冷凝后的液滴汇聚成团以更快的频率从强化腔5亲水部脱离换热管表面；强化腔5亲水部则可以有效调节液滴冷凝时液滴的尺寸和液滴脱离速率，通过在管本体1外结构不同润湿性区域的作用下起到强化冷凝传热的效果。
另外的一种情形是：管本体1设有亲水部和疏水部，疏水部由管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成，亲水部由宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成。
在由管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成的强化腔5设置疏水部，强化腔5疏水部可以提供更多的形核点，降低起始沸腾温度。
在由宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的蒸发腔6设置亲水部，在沸腾换热中，蒸发腔6亲水部有亲液性，提升了工质的毛细性能，提高了临界换热功率。
在冷凝换热中，强化腔5疏水部可以促进工质的液滴冷凝现象，冷凝后的液滴汇聚成团以更快的频率从蒸发腔6亲水部脱离换热管表面；蒸发腔6亲水部则可以有效调节液滴冷凝时液滴的尺寸和液滴脱离速率，通过在管本体1外结构不同润湿性区域的作用下起到强化冷凝传热的效果。
疏水部外表面设有全氟辛基三乙氧基硅烷涂层。
通过设置全氟辛基三乙氧基硅烷涂层，提升了疏水部的疏水性能。
全氟辛基三乙氧基硅烷涂层外表面设有抛光层。
抛光层进一步提升了疏水部的疏水性能，加强了冷凝传热的效果。
管本体1为铜管，亲水部外表面设有氧化铜层。
氧化铜层比较粗糙，能够有效提升亲水部的亲水性能。
亲水部的表征接触角为0°，疏水部的表征接触角为150°以上。亲水部的亲水性能和疏水部的疏水性能更好，有利于加强冷凝传热的效果。
管本体1内壁设有螺纹2。
管本体1内壁的螺纹2结构提供了更大内表面积，同时螺纹2结构对管本体1内流动的工质产生扰动，增强管本体1内对流换热性能。
如图2所示，一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法，包括以下步骤，
通过加工设备使管本体1同时做旋转运动和进给运动；
将多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀8和挤压齿切刀沿管本体1进给方向依次紧密排列，其中外径最小的螺旋外翅片轧刀8抵压于管本体1起始加工端；
多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀8依次作用于管本体1外壁成形出垂直于管本体1延伸方向的外翅片，多个螺旋外翅片轧刀8在管本体1外壁上成形出垂直于管本体1延伸方向的外翅片3，挤压齿切刀10挤压于外翅片3相邻两个螺旋部之间，在外翅片3相邻两个螺旋部之间成形出均匀间隔分布的宫格翅片4。
成形过程中，外径最小的螺旋外翅片轧刀8首先作用于管本体1上。经过多个螺旋外翅片轧刀8依次作用，管本体1上成形出垂直于管本体1延伸方向的外翅片3。挤压齿切刀10紧跟于外径最大的螺旋外翅片轧刀8作用在管本体1上，在外翅片3相邻两个螺旋部之间成形出均匀间隔分布的宫格翅片4。无需设置更多复杂的刀具或更多加工步骤，即可在管本体1上成形出能形成较大过热度的强化腔5和具有较大传热表面的蒸发腔6，加工出来的外翅片管能作为蒸发管应用于蒸发器中或作为冷凝管应用于冷凝器中，为热泵机组的发展提供了关键条件。
本实施例中，螺旋外翅片轧刀8的数量为6个。加工成形开始时，6个螺旋外翅片轧刀8依次作用在管本体1外表面上，第一个螺旋外翅片轧刀8先挤压出高度较低的螺旋外翅片3，直到第6个螺旋外翅片轧刀8作用完成后，最终成形出一定高度的垂直于管本体1延伸方向的外翅片3。
螺旋外翅片轧刀8的外作用面为圆弧面，6个螺旋外翅片轧刀8外径依次增大，为65～72mm，厚度为0.5～0.6mm。
与此同时，可以采用右旋梯形螺纹芯柱7作用在管本体1内表面上，成形出螺纹沟槽结构。
为了得到更加规整的表面结构，可以使用整形刀片9修整加工成形得到的外翅片3表面。
挤压齿切刀10作用在外翅片3相邻两个螺旋部之间，挤压齿切刀10的梯形直齿往下挤压，在外翅片3相邻两个螺旋部之间成形出均匀间隔分布的宫格翅片4。
挤压齿切刀10厚度为0.5～0.75mm的梯形直齿轮式刀片，齿顶圆直径为66.2～67mm，齿高为0.3～0.5mm，齿夹角为15～30°，齿数为200～500齿。
成形出均匀间隔分布的宫格翅片4后，还包括以下步骤，
管本体1为铜管，将管本体1浸泡于KOH和K2CO3混合溶液，使管本体1外壁、外翅片3表面和宫格翅片4表面生成CuO；
具体地，将上一步骤制备好的外翅片3铜管两头密封，放置于浓度2-3mol/L的KOH和浓度为0.05-0.07mol/L的K2CO3混合溶液中，恒温60℃浸泡1h，使其表面粗糙化，取出清洗后烘干。浸泡铜管表面产生如下反应：
Cu+2KOH+K2S2O8→Cu(OH)2+2K2SO4；
Cu(OH)2→CuO+H2O。
根据不同的亲疏水表面分布方案，将具有低表面能基团的全氟辛基三乙氧基硅烷溶液喷涂于宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域，从而在宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域形成疏水部，在管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成的区域形成亲水部；或者
将管本体1浸泡于全氟辛基三乙氧基硅烷溶液中，抛光宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域使其表面的CuO脱落，从而在宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域形成疏水部，在管本体1外壁、宫格翅片4内壁与外翅片3合围而成的区域形成亲水部。
具体地，将管本体1浸泡于全氟辛基三乙氧基硅烷溶液中一段时间后，使用800目和1000目的砂纸以及抛光布依次抛光宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域，使宫格翅片4外壁与外翅片3半合围而成的区域表面的疏水基团脱落，从而形成具有优异疏水性能的疏水部，最后获得具有表面混合润湿性的外翅片管。
外翅片3和宫格翅片4的形状和尺寸、不同润湿性区域分布与排列都可以根据管本体1的尺寸及应用的工况进行调整，针对不同场合可以调整出较优的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：包括管本体，管本体外壁设有外翅片，外翅片沿管本体延伸方向螺旋设置，外翅片的相邻两个螺旋部之间设有宫格翅片，宫格翅片的两端分别连接于外翅片的相邻两个螺旋部，宫格翅片与管本体外壁之间留有空隙，宫格翅片数量为多个，多个宫格翅片沿管本体延伸方向螺旋间隔排列设置。
2.按照权利要求1所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：管本体设有亲水部和疏水部，亲水部由管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成，疏水部由宫格翅片外壁与外翅片半合围而成。
3.按照权利要求1所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：管本体设有亲水部和疏水部，疏水部由管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成，亲水部由宫格翅片外壁与外翅片半合围而成。
4.按照权利要求2或3所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：疏水部外表面设有全氟辛基三乙氧基硅烷涂层。
5.按照权利要求4所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：全氟辛基三乙氧基硅烷涂层外表面设有抛光层。
6.按照权利要求2或3所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：管本体为铜管，亲水部外表面设有氧化铜层。
7.按照权利要求2或3所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：亲水部的表征接触角为0°，疏水部的表征接触角为150°以上。
8.按照权利要求1所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管，其特征在于：管本体内壁设有螺纹。
9.一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
通过加工设备使管本体同时做旋转运动和进给运动；
将多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀和挤压齿切刀沿管本体进给方向依次紧密排列，其中外径最小的螺旋外翅片轧刀抵压于管本体起始加工端；
多个外径依次增大的螺旋外翅片轧刀依次作用于管本体外壁成形出垂直于管本体延伸方向的外翅片，挤压齿切刀挤压于外翅片相邻两个螺旋部之间，在外翅片相邻两个螺旋部之间成形出均匀间隔分布的宫格翅片。
10.按照权利要求9所述的一种具有表面混合润湿性的外翅片管制备方法，其特征在于：成形出均匀间隔分布的宫格翅片后，还包括以下步骤，
管本体为铜管，将管本体浸泡于KOH和K2CO3混合溶液，使管本体外壁、外翅片表面和宫格翅片表面生成CuO；
根据不同的亲疏水表面分布方案，将具有低表面能基团的全氟辛基三乙氧基硅烷溶液喷涂于宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域，从而在宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成疏水部，在管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成亲水部；或者
将管本体浸泡于全氟辛基三乙氧基硅烷溶液中，抛光宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域使其表面的CuO脱落，从而在宫格翅片外壁与外翅片半合围而成的区域形成疏水部，在管本体外壁、宫格翅片内壁与外翅片合围而成的区域形成亲水部。
CN202010377768.6A 2020-05-07 2020-05-07 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法 Active CN111707122B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010377768.6A CN111707122B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法
US17/170,849 US11619455B2 (en) 2020-05-07 2021-02-08 Outer finned tube with mixed-wettability surface and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010377768.6A CN111707122B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111707122A true CN111707122A (zh) 2020-09-25
CN111707122B CN111707122B (zh) 2022-03-25

Family

ID=72536540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010377768.6A Active CN111707122B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11619455B2 (zh)
CN (1) CN111707122B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11619455B2 (en) 2020-05-07 2023-04-04 South China University Of Technology Outer finned tube with mixed-wettability surface and manufacturing method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210164619A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-03 Chart Inc. Ambient Air Vaporizer with Icephobic/Waterphobic Treatment
US11976854B2 (en) * 2022-07-28 2024-05-07 Trane International Inc. Enhanced tube for direct expansion evaporators

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5993190A (ja) * 1982-11-17 1984-05-29 Hitachi Ltd 熱交換壁
CN101004335A (zh) * 2007-01-15 2007-07-25 高克联管件(上海)有限公司 一种蒸发冷凝兼备型传热管
CN105180700A (zh) * 2015-09-10 2015-12-23 华北电力大学 一种具有固定汽化核心的多孔壁面换热管及其制备方法
CN107782192A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 华南理工大学 一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管
CN107774849A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 华南理工大学 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具和成形方法
CN109702345A (zh) * 2018-12-26 2019-05-03 湖北工业大学 一种不锈钢超疏水-超亲水表面及其制备方法和应用
CN110551998A (zh) * 2019-09-02 2019-12-10 东南大学 一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4313248A (en) * 1977-02-25 1982-02-02 Fukurawa Metals Co., Ltd. Method of producing heat transfer tube for use in boiling type heat exchangers
DE19757526C1 (de) * 1997-12-23 1999-04-29 Wieland Werke Ag Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschrohres, insbesondere zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohraußenseite
DE10101589C1 (de) * 2001-01-16 2002-08-08 Wieland Werke Ag Wärmeaustauscherrohr und Verfahren zu dessen Herstellung
US8069676B2 (en) * 2002-11-13 2011-12-06 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
CN100365369C (zh) * 2005-08-09 2008-01-30 江苏萃隆铜业有限公司 蒸发器热交换管
CN100458344C (zh) * 2005-12-13 2009-02-04 金龙精密铜管集团股份有限公司 一种电制冷满液式机组用铜冷凝换热管
CN100547339C (zh) * 2008-03-12 2009-10-07 江苏萃隆精密铜管股份有限公司 一种强化传热管及其制作方法
US9096942B2 (en) 2011-02-22 2015-08-04 Massachusetts Institute Of Technology Electrophoretic-deposited surfaces
US10100411B2 (en) 2016-02-12 2018-10-16 Iowa State University Research Foundation, Inc. Supernucleating multiscale copper surfaces for high performance phase change heat transfer
US10416063B2 (en) 2017-11-02 2019-09-17 Saudi Arabian Oil Company Measuring rock wettability
CN111707122B (zh) 2020-05-07 2022-03-25 华南理工大学 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5993190A (ja) * 1982-11-17 1984-05-29 Hitachi Ltd 熱交換壁
CN101004335A (zh) * 2007-01-15 2007-07-25 高克联管件(上海)有限公司 一种蒸发冷凝兼备型传热管
CN105180700A (zh) * 2015-09-10 2015-12-23 华北电力大学 一种具有固定汽化核心的多孔壁面换热管及其制备方法
CN107782192A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 华南理工大学 一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管
CN107774849A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 华南理工大学 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具和成形方法
CN109702345A (zh) * 2018-12-26 2019-05-03 湖北工业大学 一种不锈钢超疏水-超亲水表面及其制备方法和应用
CN110551998A (zh) * 2019-09-02 2019-12-10 东南大学 一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘殿文: "《氧化铜矿浮选技术》", 31 May 2009 *
梁英教: "《物理化学》", 30 November 1983 *
王现宝: "多尺度仿生交错润湿性表面沸腾传热性能及机理", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
米歇尔•安德烈•埃杰尔特: "《气凝胶手册》", 31 December 2014 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11619455B2 (en) 2020-05-07 2023-04-04 South China University Of Technology Outer finned tube with mixed-wettability surface and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US11619455B2 (en) 2023-04-04
US20210348854A1 (en) 2021-11-11
CN111707122B (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111707122B (zh) 一种具有表面混合润湿性的外翅片管及其制备方法
CN1030105C (zh) 热交换管
CN1062951C (zh) 小尺寸的传热管及其制造方法
US4330036A (en) Construction of a heat transfer wall and heat transfer pipe and method of producing heat transfer pipe
CN107782192B (zh) 一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管
CN101182977A (zh) 内交叉螺旋外三维菱形肋双侧强化传热管
CA2644003C (en) Heat transfer system including tubing with nucleation boiling sites
CN201145509Y (zh) 内交叉螺旋外三维菱形肋双侧强化传热管
CN106767071A (zh) 一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管及其制作方法
CN101556125B (zh) 蒸发器传热管
JPS6011800B2 (ja) 凝縮伝熱管の製造法
CN101458048A (zh) 蒸发器用传热管及其制造方法
CN206772103U (zh) 一种茸状翅纤维复合沟槽式异形热管
CN107774849A (zh) 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具和成形方法
JP2011021844A (ja) 内面溝付伝熱管及び蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器
CN104759502A (zh) 一种带螺旋内筋铝或铝合金管的加工方法
CN210718220U (zh) 一种满液蒸发器用换热管
CN207402045U (zh) 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具
CN212300062U (zh) 蒸发管、蒸发器和空调设备
CN112880464A (zh) 超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法
CN209341632U (zh) 一种蒸发管
CN212692657U (zh) 一种管壳式换热器用蒸发管
CN2347132Y (zh) 内表面开有高低螺纹齿的传热管
CN207515597U (zh) 一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管
CN204944267U (zh) 一种强化换热管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant