CN211261898U - 一种具有高效沸腾传热性能的重力热管 - Google Patents
一种具有高效沸腾传热性能的重力热管 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，包括热管本体以及焊接密封在热管本体两端形成真空腔体的底端封头和顶端封头，所述的真空腔体内部注有工作介质，该热管本体包括从底端到顶端一体成型的强化传热蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的强化传热蒸发段内沿周向设有多条螺旋微肋，并且在螺旋微肋内表面喷涂有铁基合金多孔涂层，与现有技术相比，本实用新型能够提高蒸发段在各传热模式下的沸腾传热系数，保证蒸发段在不同工况下都能与冷凝段的传热能力相匹配，从而提高了重力热管的整体传热能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及重力热管强化传热领域，尤其是涉及一种具有高效沸腾传热性能的重力热管。
背景技术
重力热管是一种特殊类型的热管，虽然也是利用工作介质的蒸发和冷凝来传递热量，但与普通热管不同，管内没有吸液芯。气态的工作介质在冷凝段凝结成液态后，仅依靠重力的作用即可回流到蒸发段重新参与热量传递。因此重力热管具有结构简单、制造方便和价格低廉的优点，被广泛应用于各种工业领域，如：在石油化工行业用于加热炉余热回收，在动力行业被用作余热锅炉、省煤器，在冶金行业用于热风炉余热回收。
重力热管蒸发段的传热机理由充液量和热流密度决定。热流密度较低充液量较高时，会形成间歇沸腾；热流密度较低充液量较低时，会形成溪流蒸发；热流密度较高时，会形成核态沸腾；热流密度很高时，会达到沸腾极限。在设计重力热管时，多将蒸发段的传热模式设计为核态沸腾，此时蒸发段的热阻由液膜导热热阻、管内沸腾热阻、管壁热阻和管外热阻组成。在管壁和管外翅片不变时，要提升蒸发段的传热性能，就要减小管内沸腾热阻同时提高沸腾的临界热流密度。
强化沸腾传热的方法可以分为三种：
(1)增大传热面积，即传热表面被润湿的面积；
(2)增加汽化核心的数量，提高其在传热过程中的稳定性；
(3)改进沸腾传热的机理。
目前多采用的是第二种方法，如对基管表面进行机械加工或化学腐蚀，在基管表面涂覆低表面能或多孔的涂层等。但其工序较为复杂，加工周期长，成本较高，传热效果差。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高效沸腾传热性能的重力热管。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，包括热管本体以及焊接密封在热管本体两端形成真空腔体的底端封头和顶端封头，所述的真空腔体内部注有工作介质，该热管本体包括从底端到顶端一体成型的强化传热蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的强化传热蒸发段内沿周向设有多条螺旋微肋，并且在螺旋微肋内表面喷涂有铁基合金多孔涂层。
所述的铁基合金多孔涂层厚度为0.5mm。
所述的强化传热蒸发段为无缝碳钢管段，其直径为25mm，厚度为2mm。
每条螺旋微肋的截面形状为梯形。
每条螺旋微肋的肋高为0.15mm，肋底宽0.25mm，肋顶宽0.14mm，肋间距为 0.35mm，周向肋条总数为60，螺旋角度为20°。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型在强化传热蒸发段的内表面设有螺旋微肋，同时还喷涂了铁基合金多孔涂层，能够有效地提高不同传热模式下的传热系数，因此可以保证蒸发段在不同工况下都能与冷凝段的传热能力相匹配，同时本实用新型的制造方法简单，加工周期短，成本较低，便于大规模推广应用到余热回收领域。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型强化传热蒸发段螺旋微肋和铁基合金涂层的结构图。
图3为本实用新型蒸发段传热系数与普通热管蒸发段传热系数的对比图。
其中：1、底端封头，2、强化传热蒸发段，3、绝热段，4、冷凝段，5、工作介质，6、顶端封头。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例：
如图1所示，本实用新型提供一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，该重力热管由底端封头1、强化传热蒸发段2、绝热段3和冷凝段4组成的热管本体、工作介质5和顶端封头6组成。底端封头1与强化传热蒸发段2焊接，冷凝段4与顶端封头6焊接并形成真空腔体，工作介质5(本例中为水)在腔体中进行蒸发冷凝。强化传热蒸发段2的内表面设有多条螺旋微肋，同时还喷涂了铁基合金多孔涂层。
本例中的强化传热蒸发段采用无缝钢管，直径为25mm，厚度为2mm，材质为碳钢。通过加工设备在其内表面加工了螺旋微肋，微肋的形状为梯形，肋高为 0.15mm，肋底宽0.25mm，肋顶宽0.14mm，肋间距为0.35mm，周向肋条总数为 60，微肋螺旋角度为20°，其具体结构如图2所示。
本例中的强化传热蒸发段内表面喷涂的多孔涂层，通过热喷涂的方式涂覆生成。金属粉末为铁和铝，两者的质量比为4：1，粉末为球状且直径为50微米，涂层厚度为0.025mm，孔隙率为30％。
将本实用新型的具有高效沸腾传热性能的重力热管和普通热管分别进行传热性能测试，可得到本实用新型强化传热蒸发段2的沸腾传热系数与普通热管蒸发段传热系数的对比关系，如图3所示。由图可以看出，在试验热流密度范围内，本实用新型的沸腾传热系数最大为普通热管的2.5倍，可见本实用新型在不同工况下蒸发段确实具有高效的沸腾传热性能。
Claims (5)
1.一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，包括热管本体以及焊接密封在热管本体两端形成真空腔体的底端封头(1)和顶端封头(6)，所述的真空腔体内部注有工作介质(5)，其特征在于，该热管本体包括从底端到顶端一体成型的强化传热蒸发段(2)、绝热段(3)和冷凝段(4)，所述的强化传热蒸发段(2)内沿周向设有多条螺旋微肋，并且在螺旋微肋内表面喷涂有铁基合金多孔涂层。
2.根据权利要求1所述的一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，其特征在于，所述的铁基合金多孔涂层厚度为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，其特征在于，所述的强化传热蒸发段(2)为无缝碳钢管段，其直径为25mm，厚度为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，其特征在于，每条螺旋微肋的截面形状为梯形。
5.根据权利要求4所述的一种具有高效沸腾传热性能的重力热管，其特征在于，每条螺旋微肋的肋高为0.15mm，肋底宽0.25mm，肋顶宽0.14mm，肋间距为0.35mm，周向肋条总数为60，螺旋角度为20°。
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| CN201922333253.1U Active CN211261898U (zh) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 一种具有高效沸腾传热性能的重力热管 |
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2019
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