CN114993096B - 一种表面亲水改性的强化传热传质管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面亲水改性的强化传热传质管，包括金属基管、第一亲水环和第二亲水环，金属基管与第一亲水环和第二亲水环紧密贴合，第一亲水环和第二亲水环依次交替套设在金属基管外侧，第一亲水环和第二亲水环的结构均为多孔金属圆环。与现有技术相比，本发明具有提高水在换热管外表面的延展性并延长了水的附着时间，解决了传统换热管有效湿化面积不足的缺陷，可以满足高压空气在管内后冷并在管外湿化的要求；同时建立外部环状肋片结构增强气流扰动，进一步强化空气湿化过程，提高传热传质效果等优点。

Description

一种表面亲水改性的强化传热传质管
技术领域
本发明涉及高压空气湿化技术领域，尤其是涉及一种表面亲水改性的强化传热传质管。
背景技术
换热管是换热器的核心元件，其性能直接影响到换热器的性能和应用。传统的金属换热管表面不具备吸水性，水在换热管外表面的延展性差，附着时间短，导致湿化传质面积远小于换热管外表面积，且水蒸发效果不佳，导致管式换热器难以同时承担高压空气后冷和湿化任务，因此传统的湿空气透平循环(Humid Air Turbine Cycle，HAT循环)一般需要采用分体式后冷器和湿化器，才能达到空气的后冷以及湿化要求。而分体式后冷器和湿化器不仅体积大，还均有较大的容积惯性和热惯性，大大降低了循环的调节灵活性。
多孔金属材料是一种在金属骨架里分布有大量孔洞的新型金属材料，其孔径可实现从毫米量级到微米甚至纳米量级的跃变，且其微结构具有良好的可设计性，可根据不同的需求在制备前对其微细结构进行优化设计。与普通金属材料相比，多孔金属材料的物理特性主要体现在质轻、易加工等方面，而其功能特性则体现在吸声、电磁屏蔽、冲击缓冲、载体等方面。且由于多孔金属材料具有导热系数高、比表面积大、毛细力大等优点，使其在传热传质学领域也受到广泛关注与研究。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的换热管表面吸水性差、湿化效果不佳的缺陷而提供一种表面亲水改性的强化传热传质管，具有传热性能好、湿化传质面积大的优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种表面亲水改性的强化传热传质管，包括金属基管、第一亲水环和第二亲水环，所述金属基管与第一亲水环和第二亲水环紧密贴合，所述第一亲水环和第二亲水环依次交替套设在金属基管外侧，所述第一亲水环和第二亲水环的结构均为多孔金属圆环。
所述金属基管具体为金属换热管。
进一步地，所述金属换热管优选为圆形截面金属换热管，所述金属换热管内壁设有内肋片或内槽道，强化管内对流换热。
所述金属基管的材质为防锈蚀金属。
进一步地，所述第一亲水环和第二亲水环的材质与金属基管的材质相同。
所述第一亲水环和第二亲水环所用多孔金属的孔隙率的范围为60％～90％。
进一步地，所述第一亲水环和第二亲水环所用多孔金属的孔隙率优选为渐变孔隙率结构，通过控制孔隙率的梯度，既增强亲水环根部的持液能力，强化后冷过程，同时也提高亲水环顶部的毛细力，增大亲水环的有效湿化面积。
所述第一亲水环的壁厚小于第二亲水环的壁厚。
进一步地，所述第一亲水环的壁厚的范围如下所示：
0.25b≤h1≤b
其中，h1为第一亲水环的壁厚，b为金属基管的壁厚。
进一步地，所述第二亲水环的壁厚的范围如下所示：
0.25do≤h2≤do
其中，h2为第二亲水环的壁厚，do为金属基管的外径。
进一步地，所述第一亲水环的长度的范围如下所示：
0.1h2≤s1≤0.6h2
其中，s1为第一亲水环的长度。
进一步地，所述第二亲水环的长度的范围如下所示：
0.02h2≤s2≤0.2h2
其中，s2为第二亲水环的长度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在传统金属换热管的外部套设第一亲水环和第二亲水环，有效解决了传统换热管外表面亲水性差导致的湿化效果差的缺陷，同时将第一亲水环和第二亲水环排布为环状肋片结构增强气流扰动，并通过优化多孔材料孔隙率和亲水环尺寸进一步提高传热传质效果，有利于将HAT循环中后冷器和湿化器进行一体化设计，可同时满足空气的后冷及湿化要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的中分面示意图。
附图标记：
1-金属基管；2-第一亲水环；3-第二亲水环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种表面亲水改性的强化传热传质管，包括金属基管1、第一亲水环2和第二亲水环3，金属基管1与第一亲水环2和第二亲水环3紧密贴合，第一亲水环2和第二亲水环3依次交替套设在金属基管1外侧，第一亲水环2和第二亲水环3的结构均为多孔金属圆环。
金属基管1具体为金属换热管。
本实施例中，金属换热管优选为圆形截面金属换热管，金属换热管内壁设有内肋片或内槽道，强化管内对流换热。
金属基管1的材质为防锈蚀金属。
第一亲水环2和第二亲水环3的材质与金属基管1的材质相同。
第一亲水环2和第二亲水环3所用多孔金属的孔隙率的范围为60％～90％。
本实施例中，第一亲水环2和第二亲水环3所用多孔金属的孔隙率优选为渐变孔隙率结构，通过控制孔隙率的梯度，既增强亲水环根部的持液能力，强化后冷过程，同时也提高亲水环顶部的毛细力，增大亲水环的有效湿化面积。
第一亲水环2的壁厚小于第二亲水环3的壁厚。
第一亲水环2的壁厚的范围如下所示：
0.25b≤h1≤b
其中，h1为第一亲水环2的壁厚，b为金属基管1的壁厚。
第二亲水环3的壁厚的范围如下所示：
0.25do≤h2≤do
其中，h2为第二亲水环3的壁厚，do为金属基管1的外径。
第一亲水环2的长度的范围如下所示：
0.1h2≤s1≤0.6h2
其中，s1为第一亲水环2的长度。
第二亲水环3的长度的范围如下所示：
0.02h2≤s2≤0.2h2
其中，s2为第二亲水环3的长度。
本实施例中，金属基管1采用铜制圆形截面直管，外径do＝25mm，壁厚b＝2.5mm，内径di＝20mm。第一亲水环2为孔隙率70％的多孔铜管，壁厚h1＝1.5mm，外径d1＝28mm，长度s1＝4mm。第二亲水环3为渐变孔隙率的多孔铜管，其孔隙率沿壁厚方向自内向外逐渐由90％减小到70％，第二亲水环3的壁厚h2＝12.5mm，外径d2＝50mm，长度s2＝1mm。
第一亲水环2和第二亲水环3在金属基管1外交替排列，依次套装，套装完成后将左右两端亲水环与金属基管以焊接方式进行固定。
具体实施时，高温空气在金属基管1内进行冷却，释放热量加热吸附在管外第一亲水环2和第二亲水环3上的水，水被加热后进行蒸发，湿化管外的空气，管外空气完成湿化过程后由出口流出。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，包括金属基管(1)、第一亲水环(2)和第二亲水环(3)，所述金属基管(1)与第一亲水环(2)和第二亲水环(3)紧密贴合，所述第一亲水环(2)和第二亲水环(3)依次交替套设在金属基管(1)外侧，所述第一亲水环(2)和第二亲水环(3)的结构均为多孔金属圆环；
所述第一亲水环(2)和第二亲水环(3)所用多孔金属的孔隙率的范围为60％～90％；所述第一亲水环(2)的壁厚小于第二亲水环(3)的壁厚。
2.根据权利要求1所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述金属基管(1)具体为金属换热管。
3.根据权利要求1所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述金属基管(1)的材质为防锈蚀金属。
4.根据权利要求3所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述第一亲水环(2)和第二亲水环(3)的材质与金属基管(1)的材质相同。
5.根据权利要求1所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述第一亲水环(2)的壁厚的范围如下所示：
0.25b≤h1≤b
其中，h1为第一亲水环(2)的壁厚，b为金属基管(1)的壁厚。
6.根据权利要求5所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述第二亲水环(3)的壁厚的范围如下所示：
0.25do≤h2≤do
其中，h2为第二亲水环(3)的壁厚，do为金属基管(1)的外径。
7.根据权利要求6所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述第一亲水环(2)的长度的范围如下所示：
0.1h2≤s1≤0.6h2
其中，s1为第一亲水环(2)的长度。
8.根据权利要求6所述的一种表面亲水改性的强化传热传质管，其特征在于，所述第二亲水环(3)的长度的范围如下所示：
0.02h2≤s2≤0.2h2其中，s2为第二亲水环(3)的长度。
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