CN113639578A - 一种对穿涡流发生器及具有对穿涡流发生器的换热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对穿涡流发生器，包括中心杆，所述中心杆上布置有二根以上的小翼，所述小翼和中心杆存在夹角，且所有小翼和中心杆同一侧的夹角均小于90°，小翼自由端部设有凹口。本发明还公开了一种具有对穿涡流发生器的换热管。本发明中的对穿涡流发生器通过倾斜放置的翼型结构引导管道中心处的涡流引流至壁面处，靠近壁面处的凹口再产生射流，通过这两股流体进入对穿涡流发生器后侧回流区，进而提高回流区的速度，达到减小传热恶化区域和提高传热效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及换热管领域，尤其涉及一种对穿涡流发生器及具有对穿涡流发生器的换热管。
背景技术
涡流发生器作为一种简单有效的强化换热装置被广泛应用在换热设备当中。常用的换热方法有主动法、被动法和混合法。被动法由于其结构简单，在工业上得到了广泛的应用。涡流发生器作为一种简单的强化换热机构，由于其制造工艺简单、性能稳定等优点，在许多被动换热设备中得到了广泛的应用。同时，众所周知，涡流发生器可以在液体流动过程中起到重要的诱导多纵向涡的作用，从而有效地破坏和减薄热边界层的厚度。此外，涡流发生器的形状、位置和攻角等参数的任何微小变化都会产生不同的流场。
发明内容
本发明的目的是提供一种对穿涡流发生器。
本发明中还提供了一种具有对穿涡流发生器的换热管。
本发明的创新点在于本发明中的对穿涡流发生器通过倾斜放置的翼型结构引导管道中心处的涡流引流至壁面处，靠近壁面处的凹口再产生射流，通过这两股流体进入对穿涡流发生器后侧回流区，进而提高回流区的速度，达到减小传热恶化区域和提高传热效率的目的。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种对穿涡流发生器，包括中心杆，所述中心杆上布置有二根以上的小翼，所述小翼和中心杆存在夹角，且所有小翼和中心杆同一侧的夹角均小于90°，小翼自由端部设有凹口。
进一步地，所述小翼为三角形结构，小翼的尖角位于中心杆处，小翼的尖角处设有和中心杆连接的连接段。对穿涡流发生器与管体的投影面积在管体中心区域的面积越多，形成的阻力也就越大，因此，对穿涡流发生器在管体中心区域的面积要相对较小。但是要想让管体中心区域的涡流受到对穿涡流发生器的引导作用流向壁面区域，需要一定面积的对穿涡流发生器引导流体，所以对穿涡流发生器从管道中心到管壁，面积逐渐增大是最好的，所以小翼为三角形结构最优。
进一步地，所述小翼和中心杆同一侧的夹角相等。管体四周的换热更为均匀。
进一步地，所述小翼和中心杆的连接点位于中心杆的同一截面处。管体长度方向上的换热更为均匀。
进一步地，所述小翼沿中心杆圆周方向等间距布置。管体四周的换热更为均匀。
进一步地，所述凹口为矩形状。
一种具有对穿涡流发生器的换热管，包括管体，所述管体内设有若干组对穿涡流发生器，所述对穿涡流发生器的中心杆和管体同轴布置；所述管体一端为进口端、一端为出口端，所述小翼和出口端所在侧的中心杆的夹角小于90°，所述小翼的自由端部抵接在管体上。
进一步地，距离管体进口端最近的对穿涡流发生器和管体进口端的距离为管体直径的20~40倍，距离管体出口端最近的对穿涡流发生器的距离≥100mm。距离进口端有一定的距离是为了将对穿涡流发生器放置在有充分的流体流动的地方，距离出口端有一定的距离是为了使的涡流不发生回流。
进一步地，相邻两组对穿涡流发生器之间的间距为管体直径的2倍。此时换热效率最优。
进一步地，所述小翼自由端部和管体侧壁完全贴合且和管体侧壁连接。流速较小时可以利用小翼的张力将对穿涡流发生器固定，但当流速较大时需要将小翼黏连或焊接在管体侧壁。
本发明的有益效果是 ：
1. 本发明中的流体在流经对穿涡流发生器时，由于对穿涡流发生器前后侧的压力差，会使得流体在对穿涡流发生器后侧形成涡流。流体在管体的中心区域处，会先产生涡流，涡流沿着对穿涡流发生器持续运动；靠近壁面处也会产生涡流，流体流经凹口后，会形成射流；中心区域处产生的涡流和凹口产生的射流共同冲击对穿涡流发生器后侧的回流区，从而降低流动阻力，进而提高回流区的速度，达到减小传热恶化区域和提高传热效率的目的。
附图说明
图1为实施例1中的对穿涡流发生器的结构示意图。
图2为小翼的结构示意图。
图3为实施例2中的换热管的结构示意图。
图4为在实施例3中当L取不同值以及凹口面积不同时，传热效率和雷诺数之间的相关性。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：如图1、2所示，一种对穿涡流发生器，包括中心杆1.1，中心杆1.1上布置有二根以上的小翼1.2，小翼1.2沿中心杆1.1圆周方向等间距布置。小翼1.2为三角形结构，小翼1.2的尖角位于中心杆1.1处，小翼1.2的尖角处设有和中心杆1.1连接的连接段1.4，小翼1.2和中心杆1.1的连接点位于中心杆1的同一截面处。小翼1.2和中心杆1.1存在夹角，且所有小翼1.2和中心杆1.1同一侧的夹角均小于90°，优选为小翼1.2和中心杆1.1同一侧的夹角相等。小翼1.2自由端部设有凹口1.3，凹口1.3为矩形状。
实施例2：如图3、4所示，一种具有对穿涡流发生器的换热管，包括管体2，管体2内设有若干组对穿涡流发生器1，对穿涡流发生器1的中心杆1.1和管体2同轴布置，相邻两组对穿涡流发生器1之间的间距为管体2直径的2倍。管体2一端为进口端2.1、一端为出口端2.2，小翼1.2和出口端2.2所在侧的中心杆1.1的夹角小于90°，小翼1.2的自由端部抵接在管体2上，小翼1.2自由端部和管体2侧壁完全贴合且和管体2侧壁连接。距离管体进口端最近的对穿涡流发生器1和管体2进口端的距离为管体2直径的20~40倍，距离管体2出口端最近的对穿涡流发生器1的距离≥100mm。
实施例3：参考实施例2，距离管体进口端最近的对穿涡流发生器1和管体2进口端的距离为管体2直径的40倍，距离管体2出口端最近的对穿涡流发生器1的距离为100mm，相邻两对穿涡流发生器1之间的间距为L。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种对穿涡流发生器，其特征在于，包括中心杆，所述中心杆上布置有二根以上的小翼，所述小翼和中心杆存在夹角，且所有小翼和中心杆同一侧的夹角均小于90°，小翼自由端部设有凹口。
2.根据权利要求1所述的对穿涡流发生器，其特征在于，所述小翼为三角形结构，小翼的尖角位于中心杆处，小翼的尖角处设有和中心杆连接的连接段。
3.根据权利要求1所述的对穿涡流发生器，其特征在于，所述小翼和中心杆同一侧的夹角相等。
4.根据权利要求1所述的对穿涡流发生器，其特征在于，所述小翼和中心杆的连接点位于中心杆的同一截面处。
5.根据权利要求1所述的对穿涡流发生器，其特征在于，所述小翼沿中心杆圆周方向等间距布置。
6.根据权利要求1所述的对穿涡流发生器，其特征在于，所述凹口为矩形状。
7.一种具有如权利要求1~6任一所述的对穿涡流发生器的换热管，其特征在于，包括管体，所述管体内设有若干组对穿涡流发生器，所述对穿涡流发生器的中心杆和管体同轴布置；所述管体一端为进口端、一端为出口端，所述小翼和出口端所在侧的中心杆的夹角小于90°，所述小翼的自由端部抵接在管体上。
8.根据权利要求7所述的具有对穿涡流发生器的换热管，其特征在于，距离管体进口端最近的对穿涡流发生器和管体进口端的距离为管体直径的20~40倍，距离管体出口端最近的对穿涡流发生器的距离≥100mm。
9.根据权利要求7所述的具有对穿涡流发生器的换热管，其特征在于，相邻两组对穿涡流发生器之间的间距为管体直径的2倍。
10.根据权利要求7所述的具有对穿涡流发生器的换热管，其特征在于，所述小翼自由端部和管体侧壁完全贴合且和管体侧壁连接。
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