CN208091292U - 一种表面开缝h型翅片管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种表面开缝H型翅片管，包括一根基管和沿基管轴向布置的套装在基管外壁两侧的多个翅片组，每个翅片组由两片翅片组成，翅片为矩形，对称的通过其靠基管侧凹槽与基管外壁连接，两片翅片位于垂直于基管轴向的同一水平面上，之间具有一定间隙，两片翅片表面均匀布置多条相同规格的开缝，开缝走向垂直于外部流体流向，均匀布置在翅片表面位于基管的四个方向；开缝宽度为基管外径的1/15～1/10，开缝长度为基管外径的1/3～1/2；翅片表面开缝可以很好地对外部流体进行扰动，破坏边界层以强化传热，经实验和数值模拟印证本专利可以在显著地强化换热的同时减小流动阻力，减少积灰并降低磨损，可以提高设备运行的效率和经济性。

Description

一种表面开缝H型翅片管

技术领域

本实用新型属于烟气余热利用的换热器技术领域，适用于能源、动力、制冷、化工、冶炼、石油等行业的换热设备及加热设备，具体涉及一种表面开缝H型翅片管。

背景技术

随着我国经济的持续快速发展，能源供应紧张问题日益突出，节能、减排、降耗已成为我国经济和社会发展的必然要求。换热器作为动力、石油、化工、制冷、冶金乃至航空、火箭等工业过程的重要组成部分，它的安全高效运行意义重大。在各种换热设备中，通过翅片增加换热面积是常见的强化传热方式。

在换热器热阻大的一侧合理布置翅片增大换热面积，减小热阻，是换热器强化换热的方式之一，H型翅片管就是典型的例子。通过H型翅片管的优化强化换热、减小流阻、减轻积灰磨损对换热器的安全高效运行具有重要意义。

H型翅片管，亦称H型鳍片。它将两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成，其正面形状因像字母“H”而得名。研究和实践表明H型翅片管可以显著增加换热面积，增大烟气流通截面，降低烟速，减少积灰和磨损。然而尽管其具有良好的抗积灰能力和防磨性能，在含灰气流下，由于流体本身的粘性作用与逆压梯度的存在，流动必然发生分离，并在翅片管背风侧形成涡流滞止区，从而使含灰气流中的灰颗粒在背风侧不断累积，造成局部大量积灰，严重影响翅片管传热效率和换热器的安全高效运行。通过对H型翅片管的结构分析，我们发现含灰气流在经过H型翅片管时，，进一步加剧了积灰的形成。因此，通过采取必要的结构优化，减小涡流滞止区面积从而减少积灰，是一种行之有效的方法，本专利就是在这样的情况下提出的。

进入低温省煤器的烟气往往携带了一定量的飞灰，而烟气在H型翅片管束外流动时会在背风侧产生气流分离和回流，该区域称为涡流滞止区。而涡流滞止区每两对翅片间的局部空间几乎没有气体扰动，该局部空间的气体流动近似于平面流动，灰颗粒难以在不同翅片间流动，因此易形成积灰。

传统H型翅片具有其固有的弊端，如翅片表面平滑没有形成扰动，会使边界层随流动不断发展，造成换热效率低、传热恶化等后果。

发明内容

为解决上述工业实际应用中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种表面开缝H型翅片管，以提高H型翅片管的换热性能，降低其流动阻力，减小流动压损。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种表面开缝H型翅片管，包括一根基管1和沿基管1轴向布置的套装在基管外壁两侧的多个翅片组2，每个翅片组2由两片翅片组成，翅片为矩形，对称的通过其靠基管侧凹槽与基管1外壁连接，两片翅片位于垂直于基管1轴向的同一水平面上，之间具有一定间隙，两片翅片表面均匀布置多条相同规格的开缝3，开缝3走向垂直于外部流体流向，均匀布置在翅片表面位于基管的四个方向；开缝3宽度为基管外径的1/15～1/10，开缝3长度为基管外径的1/3～1/2。

所述两片翅片表面的开缝3条数共8～12条。

所述开缝3的四角为直角或圆角。

所述翅片组2的排列方式分为顺列布置、错列布置或沿烟气流动方向不等间距布置；所有翅片组相互平行。

所述基管1为椭圆管或圆管，椭圆管外径按长轴计算。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提出的表面开缝H型翅片管，在翅片表面合理地开缝，开缝处增大了流体的扰动，并且有效阻止了边界层的发展，防止传热恶化，有利于提高传热性能。这种翅片表面开缝形式开缝宽度短，长度适当拉长，可以尽可能大范围影响来流的同时，避免总体换热面积的减小。开缝可以很好地对外部流体进行扰动，破坏边界层以强化传热。这也就意味着对于换热量一定的换热设备，采取本实用新型提出的结构可以节省钢材消耗，降低成本。

同时开缝可以减少翅片管积灰。飞灰流动方向一般和来留烟气基本一致，开缝在对来流烟气产生扰动的同时也对翅片附近的飞灰产生同样的扰动，而与飞灰流动方向成90度左右的开缝，对飞灰和烟气的流动产生同样剧烈的扰动。如果加工条件允许，本实用新型中所有开缝四角均应进行圆角处理，这样会进一步减少积灰。辐射状开缝条件下灰尘颗粒物沉积率下降一般超过60％。不易积灰的特点也意味着翅片管在自然运行过程中发生的磨损更加轻微，寿命更长，成本更低。

数值模拟结果证明，相比传统H型翅片管，本实用新型平均对流换热系数提高28％以上。

数值模拟结果证明，相比传统H型翅片管，本实用新型流动压损略微降低。

附图说明

图1是本实用新型一对翅片组及其所连接基管部分的结构示意图。

图2是本实用新型一对翅片组及其所连接基管部分的主视图。

图3是本实用新型一对翅片组及其所连接基管部分的俯视图。

图4是本实用新型一种表面开缝H型翅片管与传统H型翅片管换热特性对比图。

图5是本实用新型一种表面开缝H型翅片管与传统H型翅片管流阻特性对比图。

图6是本实用新型一种表面开缝H型翅片管与传统H型翅片管综合性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作更详细的说明。以下实例有利于相应技术人员更好地了解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。并且应当指出，对本研究领域的技术人员来说，可以在本实用新型构思基础上做出改进，这都属于本实用新型的保护范围。

如图1、图2和图3所示，一种表面开缝H型翅片管，包括一根基管1和沿基管1轴向布置的套装在基管外壁两侧的多个翅片组2，每个翅片组2由两片翅片组成，翅片为矩形，对称的通过其靠基管侧凹槽与基管1外壁连接，两片翅片位于垂直于基管1轴向的同一水平面上，之间具有一定间隙，两片翅片表面均匀布置多条相同规格的开缝3，开缝3走向垂直于外部流体流向，均匀布置在翅片表面位于基管的四个方向；开缝3宽度为基管外径的1/15～1/10，开缝3长度为基管外径的1/3～1/2。基管1内部有流动换热工质，一般为液体，且热传导能力大于翅片外部流体。翅片组2包含一组两个尺寸完全相同的翅片，其按一定节距规则排列，翅片内侧有和基管外壁吻合的凹槽，且关于两翅片间隙的中间平面对称。所述翅片组2为沿基管1轴向布置的连接在基管外壁的平行翅片组。

本实用新型在传统H型翅片管基础上进行适当开缝，不仅有效提高了翅片的综合性能，还可以节省钢材消耗，降低成本，同时减少积灰。

优选实施例：

基管1内径38mm，壁厚3mm，一对翅片组2外轮廓80mm×80mm，翅片间隙10mm，开缝8条，尺寸15mm×3mm。与之进行数值模拟对比的传统H型翅片管尺也采用上述除开缝外其他尺寸。

图4为本实用新型与传统H型翅片管换热特性对比图，以壁面平均努塞尔数为翅片对流换热能力的量化指标，与传统H型翅片管相比，本实用新型换热能力提高32.9％。

图5为本实用新型与传统H型翅片管流阻特性对比图，以欧拉数为翅片流阻特性的量化指标，与传统H型翅片管相比，本实用新型流阻特性降低8.2％。

图6为本实用新型与传统H型翅片管综合性能对比图，以hA·W-1为翅片管综合性能量化指标，其中hA为总换热量，W为泵因流动阻力所需多做的功。与传统H型翅片管相比，本实用新型综合性能提高43.3％。

本实用新型表面开缝H型翅片管可以直接应用于烟气余热回收工艺，也可以制作为模块化结构，应用于电厂过热器、省煤器等场合。

Claims (5)

1.一种表面开缝H型翅片管，其特征在于：包括一根基管(1)和沿基管(1)轴向布置的套装在基管外壁两侧的多个翅片组(2)，每个翅片组(2)由两片翅片组成，翅片为矩形，对称的通过其靠基管侧凹槽与基管(1)外壁连接，两片翅片位于垂直于基管(1)轴向的同一水平面上，之间具有一定间隙，两片翅片表面均匀布置多条相同规格的开缝(3)，开缝(3)走向垂直于外部流体流向，均匀布置在翅片表面位于基管的四个方向；开缝(3)宽度为基管外径的1/15～1/10，开缝(3)长度为基管外径的1/3～1/2。

2.根据权利要求1所述的一种表面开缝H型翅片管，其特征在于：所述两片翅片表面的开缝(3)条数共8～12条。

3.根据权利要求1所述的一种表面开缝H型翅片管，其特征在于：所述开缝(3)的四角为直角或圆角。

4.根据权利要求1所述的一种表面开缝H型翅片管，其特征在于：所述翅片组(2)的排列方式分为顺列布置、错列布置或沿烟气流动方向不等间距布置；所有翅片组相互平行。

5.根据权利要求1所述的一种表面开缝H型翅片管，其特征在于：所述基管(1)为椭圆管或圆管，椭圆管外径按长轴计算。