CN113899236A - 一种球形颗粒填充的微肋换热管 - Google Patents

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郭泽华
王金成
满天明
丁铭
边浩志
孙中宁
张楠
孟兆明
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    • 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
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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Abstract

本发明的目的在于提供一种球形颗粒填充的微肋换热管，包括圆管主体、微肋、随机球床和球形颗粒；所述微肋位于圆管主体内；随机球床位于微肋内；随机结构球床由等直径的球形颗粒堆积而成，微肋对球形颗粒起到托举作用，减少了颗粒与壁面直接接触带来的传热恶化，产生有利于传热的边壁效应从而进一步改善填充球型颗粒后的换热效果，还可以减小壁面处流动阻力，具有很强的实用性；所述微肋方向与圆管主体的轴线垂直，微肋为密集斜排微肋或密集直排微肋；微肋的截面形状是圆弧形、矩形、三角形或梯形。本发明采用的球形颗粒填充形成的随机球床可以对流体进行扰动，增加了流体的搅浑程度，取得了强化传热的效果。

Description

一种球形颗粒填充的微肋换热管
技术领域
本发明属于制冷与能源技术领域，具体涉及一种球形颗粒填充的微肋换热管。
背景技术
现有的管内单相流体对流强化传热方法中多采用管内插入填充结构。在众多填充结构中，以球床多孔介质为插入物的填充结构具有换热强，空间占用率低，寿命长等特点。同时，流体流经球床通道时，其可以使传热管中心处的流体与壁面处流体发生横向搅浑，使得近壁面处边界层厚度降低。同时，采用导热系数大的颗粒进行球床堆积还会起到扩展传热面积的作用。这些特点使得球床多孔介质在能量交换、热量导出等方面拥有着很大优势。
2008年出版的《Fusion Engineering and Design》报道的《Heat transferenhancement in sphere-packed pipes under high Reynolds number conditions》文献充分证明了随机球床通道换热效率远高于光管换热管以及内插物为纽带的换热管。但是，这种传热管存在的壁面温度分布受到流体流动状态的影响，在颗粒与避免直接接触的区域处流体流速低，对流换热效果差。2013年出版的文献《Heat transfer enhancement insphere-packed pipes under high Reynolds number conditions》说明了壁面与颗粒直接接触会导致换热恶化。
因此，有必要发明一种新型换热管以减少颗粒与壁面直接接触所带来的影响，以改善填充颗粒后介质的部分区域的传热恶化。本发明采用了微肋技术，应用微肋技术的换热管一方面利用其成倍增加的扩展表面积，使换热系数得到大幅度增加，起到高效的强化换热作用，另一方面还可以对颗粒起到托举的作用从而进一步改善填充球床介质后的换热效果。本发明通过将上述强化换热技术有机地结合起来，提供了一种球形颗粒填充的微肋换热管
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使随机球床结构通道与微肋管的优点得到有机结合的球形颗粒填充的微肋换热管。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种球形颗粒填充的微肋换热管包括：圆管主体、微肋、随机球床和球形颗粒；所述微肋位于圆管主体内；随机球床位于微肋内；随机结构球床由等直径的球形颗粒堆积而成，微肋对球形颗粒起到托举作用，减少了颗粒与壁面直接接触带来的传热恶化，产生有利于传热的边壁效应；所述微肋方向与圆管主体的轴线垂直，微肋为密集斜排微肋或密集直排微肋；微肋的截面形状是圆弧形、矩形、三角形或梯形。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用的球形颗粒填充形成的随机球床可以对流体进行扰动，增加了流体的搅浑程度，取得了强化传热的效果。
2、本发明采用的微肋破坏了壁面处的流动边界层，减小了壁面传热热阻。同时，利用其成倍增加的扩展表面积，使换热系数得到大幅度增加，起到高效的强化换热作用。
3、本发明采用的微肋对球形颗粒起到了托架作用，减少了颗粒与壁面直接接触带来的传热恶化，产生有利于传热的边壁效应，从而进一步改善填充球型颗粒后的换热效果，还可以减小壁面处流动阻力，具有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明采用的斜排微肋管结构示意图。
图2是本发明采用的直排微肋管结构示意图
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
根据图1和图2，一种球形颗粒填充的微肋换热管包括：圆管主体1、微肋、随机球床和球形颗粒4；所述微肋位于圆管主体1内；随机球床位于微肋内；随机结构球床由等直径的球形颗粒4堆积而成，微肋对球形颗粒4起到托举作用，减少了颗粒与壁面直接接触带来的传热恶化，产生有利于传热的边壁效应；所述微肋方向与圆管主体1的轴线垂直，微肋为密集斜排微肋2或密集直排微肋3；微肋的截面形状是圆弧形、矩形、三角形或梯形。
根据图3和图4，给出了球形颗粒4填充的微肋换热管的轴截面示意图和横截面示意图。首先采用机械加工的方式制成具有密集微肋的圆管，在通过特定的芯头磨具对微肋进行加工，形成目标高度、节距以及截面形状的微肋，最后通过热处理进行硬化。随后，采用顺序填充的方式装入球形颗粒4，形成随机球床。
对于本领域的技术人员而言，可根据以上描述的技术方案及构思进行调整，如调整微肋排布方式、截距尺寸以及填充颗粒直径等，用以应对不同换热管的需求，进而增强换热，减少阻力，所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种球形颗粒填充的微肋换热管，其特征在于：包括圆管主体(1)、微肋、随机球床和球形颗粒(4)；所述微肋位于圆管主体(1)内；随机球床位于微肋内；随机结构球床由等直径的球形颗粒(4)堆积而成，微肋对球形颗粒(4)起到托举作用，减少了颗粒与壁面直接接触带来的传热恶化，产生有利于传热的边壁效应；所述微肋方向与圆管主体(1)的轴线垂直，微肋为密集斜排微肋(2)或密集直排微肋(3)；微肋的截面形状是圆弧形、矩形、三角形或梯形。
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