CN1200243C - 一种内螺纹传热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内螺纹传热管，该传热管用于使用单一及混合制冷剂的制冷和空调设备的冷凝器和蒸发器中。在该传热管的内表面均匀排列有高度不等的螺旋主齿，其中在高度较高的螺旋主齿的顶部被加工有具有微小突起。该突起的长度比其宽度长，该突起的长度与被断开的螺旋主齿上形成的凹槽的长度相等。由于本发明的传热管内的螺旋主齿采用高齿和低齿错落有致的排列方式，有利于强化对沸腾和凝结换热的扰动，从而可以有效地减薄热边界层，使速度矢量和温度梯度矢量的夹角减小，使速度场和温度梯度场更加协调，从而使凝结和沸腾换热得以强化。提高了制冷和空调设备中相变换热的传热性能，降低了管内的流动阻力，从而减小制冷和空调设备的体积，降低产品成本。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种传热管，特别涉及一种以单一及混合制冷剂作为工作物质的用于制冷和空调设备中冷凝器和蒸发器中的内螺纹传热管。
二、背景技术
目前使用单一制冷剂，如HCFC-22，以及混合制冷剂，如R407c和R410A，的制冷机和空调器中的冷凝和蒸发传热管，多数使用的是内表面带有单一螺旋槽的传热管，这种内表面带有单一螺旋槽的传热管(以下称为二维微肋管)，相对于光管而言，具有很好的传热性能(美国专利号，4044797)。此后有许多文献及专利对于管内齿型的几个特征参数进行了优化组合(美国专利号，4658892)。随着人们对管内换热强化程度的进一步的需求和混合制冷剂的广泛使用，常规传热管的换热能力已不能满足人们的要求，特别是在采用混合制冷剂的换热器中常规传热管的换热性能下降更多。人们发现，采用管内非连续齿的内螺纹传热管(又称为三维微肋管)具有比常规传热管更好的换热性能。但由于目前常用的三维微肋管在提高换热性能的同时，又不可避免地带来了增加流动阻力的负面影响，这在一定程度上抵消了采用高效传热管带来的好处。
三、发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种使用单一及混合制冷剂的能够提高制冷和空调设备中相变换热的传热性能，降低管内的流动阻力，减小制冷和空调设备的体积，降低产品成本的内螺纹传热管。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在传热管内表面设置有呈周期性均匀分布的高低不同的长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′，长螺旋主齿1及短螺旋主齿1′与传热管的管轴的夹角β为0～18度，长螺旋主齿1的齿高Ht为0.10～0.3mm，且长螺旋主齿1与短螺旋主齿1′的高度之比Ht/Hb为1∶0.4～0.95，在长螺旋主齿1的顶端开设有均匀排列的凹槽3，凹槽3的长度与被断开的长螺旋主齿1上形成的突起附齿4的长度相等。
本发明的长螺旋主齿1及短螺旋主齿1′的周向齿数为40～70个；凹槽和附齿的长度为0.3～0.6mm；长螺旋主齿1及短螺旋主齿1′的齿顶角α为30～50度；附齿与螺旋主齿之间的夹角θ为0～20度；附齿的齿高为0.02～0.08mm。
由于本发明传热管内的螺旋主齿采用高齿和低齿错落有至的排列方式，有利于强化对沸腾和凝结换热的扰动，从而可以有效地减薄热边界层，使速度矢量和温度梯度矢量的夹角减小，使速度场和温度梯度场更加协调，从而使凝结和沸腾换热得以强化。
四、附图说明
图1是本发明的内螺纹传热管的横截面图；
图2是本发明的内螺纹传热管的纵剖面图；
图3是本发明的内螺纹传热管的参数结构图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，本发明在传热管内面设置有40～70个呈周期性均匀分布的高低不同的长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′，此长螺旋主齿1的肋高Ht为0.15～0.3mm，且长螺旋主齿1与短螺旋主齿1′的高度之比Ht/Hb为1∶0.4～0.95，对于房间空调器常用的φ9.52mm传热管，齿高最好为0.20～0.27mm，螺旋主齿的齿数最好为50～70个，对于房间空调器常用的φ7mm传热管，齿高最好为0.10～0.24mm，螺旋主齿的齿数最好为40～60个，在长螺旋主齿1的顶端开设有均匀排列的凹槽3，凹槽3的长度与被断开的长螺旋主齿1上形成的突起附齿4的长度相等，该凹槽3的长度为0.3～0.6mm，该附齿4的高度为0.02～0.08mm。
参见图2，本发明长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′与传热管轴线2之间的夹角即螺旋角β为0～18度，长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′与附齿4之间的夹角θ为0～20度。
参见图3，在本发明中螺旋主齿的肋顶角α为30～50度。
本发明是在场协同原理指导下进行的(Guo Z.Y.et al.A nove1concept for convective heat transfer enhancement，Int.J.Heat MassTransfer，1998，vol.41，pp2221-2225)。场协同原理将现有的三个强化对流换热的机理在理论上统一起来。按场协同原理，对流换热的强化程度与速度矢量的大小、温度梯度矢量的大小以及二者的夹角这三个因素有关。传热管中主齿的齿数过少，内齿对制冷剂的扰动作用不明显，而且内齿换热面积减少；主齿齿数过多，虽然内齿润湿长度增加，换热面积增加，但齿间横断面积减少，使制冷剂液膜增厚，制冷剂液膜在齿间流动困难，使速度矢量与温度梯度矢量的夹角增大，不利于管内换热。所以，对于某一尺度的传热管，有一个最佳齿数范围，本发明在传热管周向均匀排列有40～70个高低不同的长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′，此长螺旋主齿1的肋高为0.10～0.3mm，且长螺旋主齿1与短螺旋主齿1′的高度之比为1∶0.4～0.95，螺旋主齿的肋顶角α为30～50度。对于房间空调器常用的φ9.52mm传热管，齿高最好为0.20～0.27mm，螺旋主齿的齿数最好为50～70个，对于房间空调器常用的φ7mm传热管，齿高最好为0.10～0.24mm，螺旋主齿的齿数最好为40～60个，由于传热管内的螺旋主齿采用高齿和低齿错落有至的排列方式，既有利于强化对沸腾和凝结换热的扰动，又可以减少流动阻力，从而可以有效地减薄热边界层，使速度矢量和温度梯度矢量的夹角减小(即使速度场和温度梯度场更加协调)，从而使凝结和沸腾换热得以强化；主齿采取比普通传热管的内齿稍高的齿高，使齿间横断面积增加，能更好地拉薄液膜，内齿换热面积也会增加，由于本发明的传热管采用了较小的螺旋角，所以总体上管内的流动阻力较小。
本发明的长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′与传热管轴线2之间的夹角即螺旋角β为0～18度，在房间空调器通常的制冷剂的质量流速下，采取小于10°的螺旋角能显著降低制冷剂在管内的流动阻力。
本发明的传热管的具体的强化换热机理为：在长螺旋主齿1的顶端开设有均匀排列的凹槽3，凹槽3的长度与被断开的长螺旋主齿1上形成的突起附齿4的长度相等，该凹槽3的长度为0.3～0.6mm，该附齿4的高度为0.02～0.08mm，长螺旋主齿1和短螺旋主齿1′与附齿4之间的夹角θ为0～20度。
当制冷剂在管内凝结时，可以使长螺旋主齿1的齿顶及齿周向的凝结液膜受到四个壁面方向的拉薄作用而使凝结液膜的厚度减薄；而当制冷剂在管内蒸发时，微细的附齿4可以增加汽化核心，从而起到促进核态沸腾的效果。另外，当制冷剂蒸汽或者凝结液膜被引入长螺旋主齿1和短螺旋主齿1时，由于长螺旋主齿1上有附齿3的存在，使热边界层及浓度边界层被断开，在附齿3的前端重新形成新的热边界层及浓度边界层，这样在总体上就减薄了热边界层和浓度边界层的厚度，使凝结和沸腾换热得以强化。
Claims (6)
1、一种内螺纹传热管，其特征在于：在传热管内表面设置有呈周期性均匀分布的高低不同的长螺旋主齿[1]和短螺旋主齿[1′]，长螺旋主齿[1]及短螺旋主齿[1′]与传热管的管轴[2]的夹角β为0～18度，长螺旋主齿[1]的齿高Ht为0.10～0.3mm，且长螺旋主齿[1]与短螺旋主齿[1′]的高度之比Ht/Hb为1∶0.4～0.95，在长螺旋主齿[1]的顶端开设有均匀排列的凹槽[3]，凹槽[3]的长度与被断开的长螺旋主齿[1]上形成的突起附齿[4]的长度相等。
2、根据权利要求1所述的内螺纹传热管，其特征在于：所说的长螺旋主齿[1]及短螺旋主齿[1′]的周向齿数为40～70个。
3、根据权利要求1所述的内螺纹传热管，其特征在于：所说的凹槽[3]和附齿[4]的长度为0.3～0.6mm。
4、根据权利要求1所述的内螺纹传热管，其特征在于：所说的长螺旋主齿[1]及短螺旋主齿[1′]的齿顶角α为30～50度。
5、根据权利要求1所述的内螺纹传热管，其特征在于：所说的附齿[4]与长螺旋主齿[1]及短螺旋主齿[1′]之间的夹角θ为0～20度。
6、根据权利要求1所述的内螺纹传热管，其特征在于：所说的附齿[4]的齿高为0.02～0.08mm。
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