CN205940254U - 一种高效的异型换热管 - Google Patents
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Abstract
一种高效的异型换热管，换热管道包括：流道、第一管壁、第二管壁、第三管壁；管道截面形状是由三个半径为25mm的等圆两两外切形成；换热管采用2种不同的排列方式组成:正三角形排列和正六边形排列。本实用新型独特的换热管道形状会增加紊流强度，强化换热效果，提高换热性能，比较普通圆管，换热系数提高了近50％。同时结构相对简单，不容易结垢，且结垢后更方便清洗。
Description
技术领域
本实用新型属于制冷/能源技术领域，涉及一种高效的异型换热管，尤其涉及一种强化流体扰动、提高换热器传热面积密度的异型换热管道。
背景技术
异型换热管道作为一种提高换热器效率的设备，近年来在能源/制冷/化工领域得到了广泛的应用，但是在设计制造方面还缺乏理论指导，在实际应用方面还缺乏足够的数据，各种生产厂家生产出不同类型的异型换热管道，但运行效果如何，目前还没有可以进行可靠性查询的相关资料，而且其试验数据有待考证。靳遵龙（靳遵龙，螺旋槽管内强化传热的三维数值模拟，郑州大学学报(工学版)，2011，第6期：5-8）通过对螺旋槽管进行了三维数值模拟，结果表明：随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大；随着螺距增大,其换热性能减弱，阻力系数明显减小。同时，多数异形换热管采用焊接翅片提高换热器传热面积密度的方式强化换热效果。目前市场上大多数的异型换热管在运行过程中由于存在内置或外置的扰流突起使得管子普遍存在易结垢、压降大、加工工艺复杂等缺陷。因此在后期的运行过程中，传热性能将会被大幅度降低。提高换热器传热面积密度的方式是强化换热常用的一种手段，但复杂的结构导致沿程损失增大，进而导致系统能耗增大。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足和缺陷，提出一种高效的异型换热管。
本实用新型的技术方案包括增强换热器紧凑性、减弱换热管道的结垢效果以及强化扰动等措施。具体的技术方案在于：
（1）一种高效的异型换热管，换热管道包括：流道、第一管壁、第二管壁、第三管壁；管道截面形状是由三个半径为25mm的等圆两两外切形成；换热管采用2种不同的排列方式组成换热器；排列方式一：正三角形排列，管壁之间位置关系为：以任意一管道几何中心为旋转中心，其余3相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为30-40mm；第一流动区域为一种工质，第二流动区域为另外一种工质，两种工质通过管壁进行热交换；排列方式二：正六边形排列，以任意一管道几何中心为旋转中心，其余6相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为37-45mm，第三流动区域为一种工质，第四流动区域为另外一种工质，两种工质通过管壁进行热交换；管道长度根据换热器设计要求确定，管道材料采用不锈钢。
（2）换热管长度根据换热器设计要求确定，换热管长度小于2m时，第一管壁，第二管壁和第三管壁的管壁厚度取2mm; 换热管长度大于2m时，第一管壁，第二管壁和第三管壁的管壁厚度取3mm。
（3）换热管道安装根据换热器的设计要求进行组装，采用外接圆直径30mm，正三角形排列，轴心距d取30-40mm，传热面积密度B范围是550-1994m2/m3。
（4）换热管道安装根据换热器的设计要求进行组装，采用外接圆直径30mm，正六边形排列，轴心距d取37-45mm，传热面积密度B范围是500-636 m2/m3。
（5）换热管道数量根据换热负荷设计确定。
（6）由换热管道组成管壳式换热器，换热器壳侧流体入口直径a与换热管长度b比例小于0.2时，换热管壁面夹角采用正对来流方向的布置方式。
（7）在换热器排列中采用正三角形排列和正六边形排列的排列方式，增大换热表面积，提高换热器紧凑性；流体从换热管道外侧横掠管束，增加紊流程度，强化传热。
（8）采用本实用新型的换热管不仅使管道不易结垢而且还提高了换热器传热面积密度2-3倍；圆弧状的管道壁面使流体紊流程度加强，达到高效传热的目的；采用光滑的管道壁面降低了流体流过管道的沿程阻力损失，且易清洁，降低了泵的输出功率达到节约能源的目的。
（9）换热管采用正三角形排列，传热面密度可达到1994 m2/m3，紧凑性大大提高，起到强化传热的作用。
（10换热管采用正六边形排列，换热管之间错位布置，增强紊流程度，强化传热。
综合上述特点，本实用新型所述的一种高效的异型换热管；可以实现换热器同换热量条件下，体积小型化；独特的换热管道形状会增加紊流强度，强化换热效果，提高换热性能，比较普通圆管，换热系数提高了近50％。同时结构相对简单，不容易结垢，且结垢后更方便清洗。本实用新型为研究换热管的高效传热提供了一种新的思路，具有一定指导意义。
附图说明
图1是本实用新型一种高效的异型换热管的结构示意图；
图2是换热管正三角形排列示意图；
图3是换热管正六边形排列示意图；
图1中，1、流道 ；2、第一管壁；3、第二管壁；4、第三管壁;
图2中，正三角形排列：5、第一流动区域，6、第二流动区域；
图3中，正六边形排列：7、第三流动区域，8、第四流动区域。
具体实施方式
为使本实用新型实现的操作流程与创作特征易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
具体实施例1
管道截面形状是由三个半径为25mm的等圆两两外切形成；若设计要求 B范围550-1994 m2/m3，采用排列方式一：正三角形排列，管壁之间位置关系为：以任意一管道几何中心为旋转中心，其余3相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为30-40mm，换热管长度根据换热器设计要求确定，换热管长度小于2m时，第一管壁2，第二管壁3和第三管壁4的厚度取2mm；换热管长度大于2m时，第一管壁2，第二管壁3和第三管壁4厚度取3mm；换热器壳侧流体入口直径a与换热管长度b比值小于0.2时，换热管壁面夹角采用正对来流方向的布置方式；管道材料采用不锈钢。
进行正三角形布置时，壳侧流体横掠管壁，由于管壁采用内凹结构，相邻两换热管管壁之间流道截面积发生变化，导致压力分布不均匀使流体产生湍动，管道壁面处边界层变薄，流体传热热阻降低，产生强化换热效果。采用光滑的管道壁面降低了流体流过管道的沿程阻力损失，降低了泵的输出功率达到节约能源的目的；并且本实用新型综合考虑了现有管道设计的不足，采用光滑的换热表面不仅使管道不易结垢而且将换热器传热面积密度提高了2-3倍。圆弧状的管道壁面使流场混乱程度加强，达到高效传热的目的。
因此结合上述，此种异型换热管道可以实现换热器同换热量条件下，体积小型化，换热效果明显，比较普通圆管，换热系数提高了近50%，并且结构简单，易加工，为研究异型换热管的高效传热提供了一种新的思路。
具体实施例2
管道截面形状是由三个半径为25mm的等圆两两外切形成；若设计要求B范围是500-636 m2/m3，采用排列方式二：正六边形排列，以任意一管道几何中心为旋转中心，其余6相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为37-45mm，换热管长度根据换热器设计要求确定，换热管长度小于2m时，第一管壁2，第二管壁3和第三管壁4的厚度取2mm；换热管长度大于2m时， 第一管壁2，第二管壁3和第三管壁4的厚度取3mm；换热器壳侧流体入口直径a与换热管长度b比值小于0.2时，换热管壁面夹角采用正对来流方向的布置方式；管道材料采用不锈钢。
进行正六边形布置时，壳侧流体横掠管壁由于管壁采用内凹结构，且两相邻管道之间呈错位布置，当管外流体横掠管壁时，流体迅速流过交叉位置，管外流体流道面积发生突变，导致流体产生漩涡，流体湍动作用加强，产生强化换热效果。采用光滑的管道壁面降低了流体流过管道的沿程阻力损失，降低了泵的输出功率达到节约能源的作用；并且本实用新型综合考虑了现有管道设计的不足，采用光滑的换热表面不仅使管道不易结垢而且还将换热器传热面积密度提高了2-3倍。圆弧状的管道壁面使流场混乱程度加强，达到高效传热的目的。
因此结合上述，此种异型换热管道可以实现换热器同换热量条件下，体积小型化，换热效果明显，比普通圆管换热系数提高了近50%，并且结构简单，易加工，为研究异型换热管的高效传热提供了一种新的思路。
Claims (6)
1.一种高效的异型换热管，其特征在于：换热管道包括：流道(1)、第一管壁(2)、第二管壁（3）、第三管壁（4）；管道截面形状是由三个半径为25mm的等圆两两外切形成；换热管采用2种不同的排列方式组成换热器；排列方式一：正三角形排列，管壁之间位置关系为：以任意一管道几何中心为旋转中心，其余3相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为30-40mm；第一流动区域（5）中为一种工质，第二流动区域（6）中为另外一种工质，两种工质通过管壁进行热交换；排列方式二：正六边形排列，以任意一管道几何中心为旋转中心，其余6相邻的管道以旋转角度为120°呈旋转对称布置，且两相邻管道轴心距d为37-45mm，第三流动区域（7）中为一种工质，第四流动区域（8）中为另外一种工质，两种工质通过管壁进行热交换；管道长度根据换热器设计要求确定，管道材料采用不锈钢。
2.如权利要求1所述的一种高效的异型换热管，其特征在于：换热管长度根据换热器设计要求确定，换热管长度小于2m时，第一管壁(2)，第二管壁(3)和第三管壁(4)的厚度取2mm；换热管长度为大于2m时，第一管壁(2)，第二管壁(3)和第三管壁(4)的厚度取3mm。
3.如权利要求1所述的一种高效的异型换热管，其特征在于：换热管道安装根据换热器的设计要求进行组装，采用外接圆直径15mm，正三角形排列，轴心距d取30-40mm，传热面积密度B范围是550-1994 m2/m3。
4.如权利要求1所述的一种高效的异型换热管，其特征在于：换热管道安装根据换热器的设计要求进行组装，采用外接圆直径15mm，正六边形排列，轴心距d取37-45mm，传热面积密度B范围是500-636 m2/m3。
5.如权利要求1所述的一种高效的异型换热管，其特征在于：换热管道数量根据换热负荷设计确定。
6.如权利要求1所述的一种高效的异型换热管，其特征在于：由换热管道组成管壳式换热器，换热器壳侧流体入口直径a与换热管长度b比值小于0.2时，换热管壁面夹角采用正对来流方向的布置方式。
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