CN113267079B - 一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于微加热器技术领域，具体为一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，该发明由支架、锥形环、永磁体、微加热器、旋转叶片、线圈等构成。锥形环在轴向上开设有微孔，锥形环上镶嵌永磁体以形成磁场，旋转叶片位于锥形环内部，线圈缠绕于成对叶片上，微加热器位于叶片下底。流体经锥形环微孔形成射流冲击叶片使其旋转，在射流冲击驻点区附近将会形成薄边界层，从而增强传热效率。在叶片转动过程中，线圈在磁场内做切割磁感线运动，形成电动势，电流热效应促使微加热器工作激发微气泡，触发沸腾起始点进而强化沸腾传热。同时叶片转动增加管内扰动、提高紊流度，减小管内流体速度场与温度梯度场的夹角，提高场协同程度，强化管内传热。

Description

一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管

技术领域

本发明属于微加热器技术领域，具体为一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管。

背景技术

在我国，能源消耗行业大部分来自于热能，在热能的传递过程中，微加热器是作为能量交换的主要部件，广泛应用在核能、冶金、石油化工及空调制冷等行业中。其性能表现对系统的可靠性和经济性具有重要的影响。提高微加热器的换热效率是优化换热设备、实现节能减排的主要途径。

蒸发器作为微加热器的一种，其通过液体吸收蒸发所需要热量，促使液体沸腾汽化。相变传热的传热系数至少比单相传热系数高1~2个量级，核沸腾起始点标志着流动状态由单相流向两相流的转变，促使表面上成核点的早期核化，有助于提高传热系数，增强换热效果。根据经典沸腾理论，在沸腾传热的过程中，随着固体表面的过热度的增加，表面有效核化点的尺寸范围和有效核化点密度也增加。

管内插入物作为一种强化传热技术，由于其加工制造简单、装卸方便及便于清除污垢等优点，已广泛应用于微加热器中。按照其强化传热机理，微加热器的传热量公式为Q=K•AΔt。由公式可以知，增强传热的有三条：提高传热系数K，增大换热面积A，增大平均温差Δt。被动强化传热技术实质是提高传热系数K，增大换热面积A，从而增强传热。在微加热器中，受限于设备材料、工艺以及工作流体温度的限制，传热面积和传热温差往往不能随意更改，同时高传热温差，㶲损将会大大增加。在换热面积和传热温差确定时，提高微加热器的传热系数成为强化换热的唯一途径。因此，提高传热系数成为强化传热的最重要途径。

根据对流换热的特点以及场协同原理，流体的流场和温度场互相配合，提高流体速度场和温度场的协同度，减少速度矢量和温度矢量的夹角，能够提高对流换热系数。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，解决了以上所述的的背景技术问题。

本发明采取的方案为：一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，包括换热管，其特征在于，所述换热管内左右两端分别固定连接有轴向固定轴，两组所述的轴向固定轴之间固定连接有置于换热管内的中心固定轴，所述的中心固定轴上横向间隔固定连接有三组锥形环，所述的锥形环上沿周向间隔固定连接有数组永磁体，所述的锥形环沿周向开设有置于相邻两组永磁体之间的阵列微孔，所述的锥形环内转动连接有与中心固定轴上套设的旋转叶片，所述的旋转叶片上设置有线圈，所述的旋转叶片底部固定连接有与线圈连接的微加热器。

优选的，所述的永磁体分布在周向阵列微孔之间且数量为偶数以一百八十度成对布置，旋转叶片的叶片数量为偶数且以一百八十度成对分布。

优选的，所述的锥形环采用高分子耐热绝缘材料制成，其外表面涂覆一层高导热系数材料，所述的线圈外涂覆一层漆包线。

优选的，所述的永磁体一百八十度成对布置且N极、S极布置相反。

优选的，所述的微加热器与线圈连接形成闭合回路；微加热器可由铂、镍铬合金、铑铁合金电阻加热材料制备。

本发明的有益效果：

一、锥形环表面涂覆一层高导热系数材料，可增加锥形环表面的传热量，提高表面的过热度，增加有效成核点密度，从而提高整体换热效果；

二、锥形环表面设置均匀的微孔，形成类似射流装置，射流冲击能够有效地破坏壁面边界层的发展，具有非常高的传热效率，其换热系数比对流换热系数方式高出几倍甚至1个数量级；

三、旋转叶片在锥形环微孔射流作用下会发生旋转，叶片上闭环线圈在旋转过程中切割磁感线，从而产生脉冲电动势，在线圈回路中产生电流，微加热器接入到回路中，由于电流热效应微加热器受热激发微气泡，促发表面早期核化，降低沸腾起始点，促发沸腾响应速度；

四、旋转叶片转动时增加管内紊流度提高换热效果，同时叶片部分与流体相互作用产生涡流,使流体发生径向流动，减弱速度场与温度场的夹角。根据对流换热场中流场和热流场的协同数数学表达式：

可以看出，在流体流速和物性条件不变的情况下，流体速度场和温度场夹角越小，协同程度越高（Re，Pr一定时），其对流换热系数越大。

附图说明

图1是本发明的立体图视角之一。

图2是本发明的立体局部剖视图视角之一。

图3是本发明的立体局部剖视图视角之二。

图4是本发明的立体局部剖视图视角之三。

图5是图4的A局部放大图。

图6是图4的B局部放大图。

图7是本发明的立体局部剖视图视角之四。

附图标记：1、换热管；2、轴向固定轴；3、中心固定轴；4、锥形环；5、永磁体；6、微孔；7、旋转叶片；8、线圈；9、微加热器；10、进口；11、出口。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图7实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，包括换热管1，其特征在于，所述换热管1内左右两端分别固定连接有轴向固定轴2，两组所述的轴向固定轴2之间固定连接有置于换热管1内的中心固定轴3，所述的中心固定轴3上横向间隔固定连接有三组锥形环4，所述的锥形环4上沿周向间隔固定连接有数组永磁体5，所述的锥形环4沿周向开设有置于相邻两组所述的永磁体5之间的微孔6，所述的锥形环4内转动连接有与中心固定轴3上套设的旋转叶片7，所述的旋转叶片7上设置有线圈8，所述的旋转叶片7底部固定连接有与线圈8连接的微加热器9。

该实施例在使用的时候，换热管1内左右两端分别固定连接有轴向固定轴2，轴向固定轴2布置在换热管1的进口10、出口11两端且镶嵌于管壁沟槽内，中心固定轴3中心开设有圆孔，与轴向固定轴2配合连接，防止中心固定轴发生轴向移动，锥形环4的尖端内直径小于尾部内直径，尖端与换热管1内液体流动方向相反，尖端内直径稍大于中心固定轴3外直径，与中心固定轴3间隙配合，尾部上固定连接有等分的三角支架与中心固定轴3固定连接，从而固定锥形环4，防止锥形环4发生径向移动。锥形环4周向上开设均匀分布的阵列微孔6，阵列微孔6在轴向也以一定间距排列，形成类似射流装置，射流冲击能够有效地破坏壁面边界层的发展，具有非常高的传热效率，其换热系数比对流换热系数方式高出几倍甚至一个数量级。锥形环4表面上镶嵌有所述永磁体5，永磁体5分布在周向阵列微孔6之间且数量为偶数以一百八十度成对布置，从而在锥形环4内部形成磁场；

所述线圈8依次沿着旋转叶片7的上底、斜腰侧穿线孔、旋转叶片7下底与其成对的旋转叶片7的下底、斜腰侧穿线孔、上底连接；所述微加热器9固定在旋转叶片7下底表面上，分别接入到线圈8中，从而形成闭合电路。在旋转叶片7旋转的作用下，线圈8切割磁感线后，从而产生脉冲电动势，在线圈8回路中产生电流，微加热器9接入到回路中，由于电流热效应微加热器9受热激发微气泡，促发表面早期核化，降低沸腾起始点，促发沸腾响应速度；中心固定轴3上套设有旋转叶片7，且转动连接在锥形环4的底端，防止旋转叶片7发生轴向移动，在流体经锥形环4微孔后冲击旋转叶片7，使旋转叶片7转动，在冲击作用下旋转叶片7旋转,转子部分与流体相互作用产生涡流,使流体发生径向流动，增加管内扰动、提高紊流度；

实施例二，在实施例一的基础上，所述的永磁体5分布在周向阵列微孔6之间且数量为偶数且成对分布，每对永磁体5呈一百八十度对称，所述的旋转叶片7的叶片数量为偶数且成对分布，每对旋转叶片7呈一百八十度对称。

该实施例在使用的时候，旋转叶片7为六个，每组之间相距一百八十度，旋转叶片7的叶片数量为偶数且成对分布，每对旋转叶片7呈一百八十度对称，旋转叶片7呈直角梯形状且叶片斜腰与所述锥形环4外表面的梯度一致，旋转叶片7下底长度大于上底长度，旋转叶片7的斜腰侧上开设有穿线孔。

实施例三，在实施例一的基础上，所述的锥形环4采用高分子耐热绝缘材料制成，其外表面涂覆一层高导热系数材料，所述的线圈8外涂覆一层漆包线。

该实施例在使用的时候，锥形环4材质为聚四氟乙烯，其外涂覆石墨烯高导热材料，可增加锥形环4表面的传热量，提高表面的过热度，增加有效成核点密度，从而加强换热效果。

实施例四，在实施例二的基础上，所述的永磁体5一百八十度成对布置且N极、S极布置相反。

该实施例在使用的时候，将永磁体5一百八十度成对布置且N极、S极布置相反，使得锥形环内部产生一个最优磁场，更易于旋转叶片在旋转时产生电动势。

实施例五，在实施例一的基础上，所述的微加热器与线圈8连接形成闭合回路；微加热器9可由铂、镍铬合金、铑铁合金电阻加热材料制备。

该实施例在使用的时候，微加热器与线圈8连接形成闭合回路，在旋转叶片7在锥形环4内旋转的作用下，线圈8切割磁感线后，从而产生脉冲电动势。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，包括换热管（1），其特征在于，所述换热管（1）内左右两端分别固定连接有轴向固定轴（2），两组所述的轴向固定轴（2）之间固定连接有置于换热管（1）内的中心固定轴（3），所述的中心固定轴（3）上横向间隔固定连接有多组锥形环（4），所述的锥形环（4）上沿周向间隔固定连接有数组永磁体（5），所述的锥形环（4）沿周向开设有置于相邻两组所述的永磁体（5）之间的阵列微孔（6），所述的锥形环（4）内转动连接有与中心固定轴（3）上套设的旋转叶片（7），所述的旋转叶片（7）上设置有线圈（8），所述的旋转叶片（7）底部固定连接有与线圈（8）连接的微加热器（9）；所述的微加热器与线圈（8）连接形成闭合回路；微加热器由铂、镍铬合金、铑铁合金电阻加热材料制备；所述的永磁体（5）数量为偶数且成对分布，每对永磁体（5）呈一百八十度对称，所述的旋转叶片（7）的叶片数量为偶数且成对分布，每对旋转叶片（7）呈一百八十度对称。

2.根据权利要求1所述的一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，其特征在于，所述的锥形环（4）采用高分子耐热绝缘材料制成，所述的锥形环（4）的外表面涂覆一层高导热系数材料，所述的线圈（8）外涂覆一层漆包线。

3.根据权利要求2所述的一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，其特征在于，所述的永磁体（5）一百八十度成对布置且N极、S极布置相反。

4.根据权利要求1所述的一种自生电势激发微气泡强化蒸发换热管，其特征在于，所述的中心固定轴（3）上横向间隔固定连接有三组锥形环（4）。

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