CN216770311U - 扭曲换热管 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种换热效率更高的扭曲换热管。扭曲换热管包括围绕其长度方向旋转扭曲的扭曲扁管体，所述扭曲扁管体的任一横截面均为具有径向长轴和径向短轴的扁形截面，所述扭曲扁管体由分别位于所述径向长轴相对两端的两个短轴管壁以及分别位于所述径向短轴相对两端的两个长轴管壁围合而成，对于所述两个长轴管壁中的至少一个长轴管壁，其内表面设置有沿着所述长度方向间隔排列的多个凸起。

Description

扭曲换热管

技术领域

本申请涉及一种换热管，尤其是一种扭曲换热管。

背景技术

强化换热技术能够提高换热系数，减少换热器表面。降低设备成本，因而日益得到人们的重视。交叉椭形截面换热管是一种分段椭圆管，每段的椭圆管(扁管)沿周向连续扭曲，其径向长轴的指向沿长度方向连续变化，呈现相互交叉现象，俗称扭曲换热管或扭曲扁管。这种扭曲换热管内流体沿轴向流动时，在扭曲壁面的作用下产生纵向涡，纵向涡是指涡的旋转轴与流动方向或主流方向平行的涡。含有纵向涡的流动是流体力学和传热学中的一个重要物理现象，是一种有效的强化换热流动结构。

为了促成纵向涡的形成，公开号为CN2335113Y的中国专利提出了一种螺旋扭曲椭形截面换热管，当换热介质在其螺旋通道中流动时，将产生较强烈的旋转扰动，促成纵向涡，强化了换热。

公开号为CN1361406A的中国专利提出在相邻的交叉椭形截面管段之间设置过渡段，使管内流体在从一椭形截面管段进入另一交叉椭形截面管段时，促使椭形截面的小曲率半径处出现涡流，从而更好地提高了扭曲换热管的强化换热作用，而且阻力比较小。这种管型的加工成型需要特殊的轧辊及工艺，从而提高了加工成本。

上述两种扭曲换热管在换热效率上仍有进一步提升的空间。

发明内容

本申请解决的技术问题是：提出一种换热效率更高的扭曲换热管。

本申请的技术方案是：

一种扭曲换热管，包括围绕其长度方向旋转扭曲的扭曲扁管体，所述扭曲扁管体的任一横截面均为具有径向长轴和径向短轴的扁形截面，所述扭曲扁管体由分别位于所述径向长轴相对两端的两个短轴管壁以及分别位于所述径向短轴相对两端的两个长轴管壁围合而成，对于所述两个长轴管壁中的至少一个长轴管壁，其内表面设置有沿着所述长度方向间隔排列的多个凸起。

一种可选的设计中，所述两个长轴管壁中的每一个长轴管壁的内表面均设置有沿着所述长度方向间隔排列的多个所述凸起，其中一个所述长轴管壁上的多个所述凸起与另一个所述长轴管壁上的多个所述凸起一一对应地设置。

一种可选的设计中，所述凸起是垂直于所述长度方向连续延伸的条形凸起，所述凸起的长度不大于所述径向长轴的长度的70％，所述凸起的两端与所述两个短轴管壁间隔设置。

一种可选的设计中，所述凸起为冲压凸起，所述长轴管壁的外表面对应于所述凸起的位置制有向内凹陷的冲压凹槽。

一种可选的设计中，所述冲压凹槽为半圆形凹槽，其深度为0.3-0.6mm。

一种可选的设计中，相邻所述冲压凹槽在所述长度方向上的间距为5.5mm。

一种可选的设计中，所述径向长轴的长度为所述径向短轴的长度的3倍以上。

一种可选的设计中，在所述长度方向上，每70-90mm长度的所述扭曲扁管体扭曲360°。

一种可选的设计中，所述扭曲换热管还包括分别连接于所述扭曲扁管体的相对两端的两个圆形管体。

一种可选的设计中，所述短轴管壁的内表面为光滑表面。

本申请至少具有如下有益效果：

本申请在扭曲扁管体的长轴管壁的内表面设置间隔排列的多个凸起，并保持短轴管壁的内表面的光滑性，在避免对管内主流速度造成较大影响的同时，提升了换热管的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1是本申请实施例中扭曲换热管中扭曲扁管体的结构示意图。

图2是图1的C-C向剖视图。

图3是图1的D-D向剖视图。

附图标记说明：

100-扭曲扁管体；

F1-长度方向；

a-径向长轴，b-径向短轴；

1-长轴管壁，2-短轴管壁，3-凸起，4-冲压凹槽。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。可以理解，在不冲突的情况下，本文所描述的各个实施例的一些技术手段可相互替换或结合。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。由此，限定有“第一”、“第二”等的对象可以明示或者隐含地包括一个或者多个该对象。并且，“一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个，“多个”表示不少于两个。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“连接”、“安装”、“固定”等，如无特别说明，均应做广义理解。例如，“连接”可以是分体连接，也可以是一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连；可以是不可拆卸地连接，也可以是可拆地连接。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解前述术语在本申请中的具体含义。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于清楚且简化地描述本申请，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，这些方向性术语是相对的概念，用于相对于的描述和澄清，可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。例如，若图中装置被翻转，被描述为在其他元件“下方”的元件将被定位在其他元件的“上方”。

现在，参照附图描述本申请的实施例。

图1至图3示出了本申请这种扭曲换热管一个具体实施例，其包括扭曲扁管体100，扭曲扁管体100围绕扭曲扁管体100的长度方向F1旋转扭曲。扭曲扁管体100的任一横截面均为具有径向长轴a和径向短轴b的扁形截面，扭曲扁管体100由分别位于径向长轴a相对两端的两个短轴管壁2以及分别位于径向短轴b相对两端的两个长轴管壁1围合而成。此外，该扭曲换热管还包括分别连接于扭曲扁管体100的相对两端的两个圆形管体(图中未示出)，以便于将该扭曲换热管在换热器上安装——两端的圆形管体更便于穿设安装在换热器两侧的端板上。

本实施例的关键改进在于，每个长轴管壁1的内表面设置有沿着扭曲扁管体100的长度方向F1间隔排列的多个凸起3。

为了解扭曲扁管流动与换热情况，发明人分别对光滑扁管和扭曲扁管内的流场与温度场进行了数值模拟，并作了比较。结果显示，光滑扁管内的流线分布为同心椭圆状，边界层厚度以及相应的换热系数沿椭圆周长分布均匀。但是在扭曲扁管内，随扭曲扁管的扭曲角不断改变，扭曲扁管内的流场出现了旋转流，旋转流动与纵向流动结合起来形成了纵向涡流动，同时纵向涡的轴线位置随着扭曲角的改变而变化。在某些扭曲角下，纵向涡的轴线位置偏离了扭曲扁管长轴管壁1的内表面附近的位置，甚至靠近了短轴管壁2的内表面，导致长轴管壁1内表面法线方向流体速度梯度减小，边界层厚度变大，造成长轴管壁1处的换热系数减低。由于长轴管壁1的面积远大于短轴管壁2的面积，故长轴管壁1处换热系数的优劣会成为影响扭曲扁管平均换热系数的关键。尽管扭曲扁管完成一个扭曲周期(扭转360°)平均换热系数要高于光滑扁管，但是，某些扭曲角度下的扭曲扁管换热系数并不比光滑扁管换热系数高。

本实施例在长轴管壁1的内表面设置沿着扭曲扁管体100的长度方向F1间隔排列的多个凸起3，当流体掠过凸起3时，凸起3会对边界层产生扰动，令粘性底层中出现流体微团之间的碰撞产生的能量、动量扩散输运。尽管某些扭曲角条件下，由于纵向涡的轴线偏离了长轴管壁1内表面附近的位置，使得长轴管壁1内表面附近的边界层变厚，但是在所设凸起3 的作用下，依然会强化边界层的传热，从而克服了扭曲扁管的前述不足，增强了扭曲扁管的换热作用。

发明人还从扭曲扁管内的流场分析中发现两个短轴管壁2的内表面附近的流速较低，受短轴管壁2内表面摩擦力的影响，该处的流速大约只有长轴管壁1的内表面表面处流速的 30--50％。如果在短轴管壁2的内表面也设置凸起3，会进一步增加了短轴管壁2内表面的摩擦阻力，更加减慢了流体在该处的流速，这会拖累主流速度，使之减低，从而影响平均换热系数。因此，本实施例仅在长轴管壁1的内表面设置凸起3以强化该表面的换热效率，保证管的主要换热表面具有较高的换热系数，短轴管壁2的内表面保持光滑，促使短轴管壁2附近的流速维持较好速度，避免对主流速度造成较大影响。

在本实施例中，请参照图2并结合图1，其中一个长轴管壁1上的多个凸起3与另一个长轴管壁1上的多个凸起3一一对应地设置。需要说明的是，在扭曲扁管体100的两个长轴管壁1上都设置多个凸起3是优选的，而不是必须的。比如，在另一个实施例中，仅其中一个长轴管壁1的内表面设置有沿着扭曲扁管体100的长度方向F1间隔排列的多个凸起3，同样可以增强扭曲扁管体100的换热作用。

在本实施例中，上述凸起3是在垂直于长度方向F1(即扭曲扁管体100的长度方向F1) 的方向上连续延伸的条形凸起3。而且，凸起3的长度不宜过大，优选为不超过径向长轴a 的长度的70％，以此使得凸起3两端与短轴管壁2的内表面之间留有足够的距离，保证短轴管壁2的内表面的光滑度，凸起3的两端与两个短轴管壁2间隔设置。短轴管壁3的内表面为光滑表面。

为便于上述凸起3的制作，在本实施例中，凸起3为冲压凸起，长轴管壁1的外表面对应于凸起3的位置制有向内凹陷的冲压凹槽4。制作时，通过冲压长轴管壁1的外表面以形成前述冲压凹槽4，进而在长轴管壁1的内表面形成冲压凸起。

冲压凹槽4优选为半圆形凹槽，其深度优选为0.3-0.6mm，由此获得横截面为半圆形且高度为0.3-0.6mm的上述凸起3。相邻冲压凹槽4在长度方向F1上的间距优选5.5mm。

当径向长轴a的长度不小于径向短轴b的长度的3倍时，上述设计对换热效率的提升尤为明显。

在扭曲扁管体100的长度方向F1上，每70-90mm长度的扭曲扁管体100扭曲360°。换言之，扭曲扁管体100的节距为70-90mm。

在本实施例中，沿着扭曲扁管体100的长度方向F1，各个横截面的径向长轴a在围绕长度方向F1的方向上依次设置。

在本实施例中，扭曲扁管体100的横截面近似椭圆形。具体地，短轴管壁2的横截面近似为圆弧结构，长轴管壁1的横截面近似为直线结构。

以上仅是本申请的示范性实施方式，而非用于限制本申请的保护范围，本申请的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种扭曲换热管，包括围绕其长度方向旋转扭曲的扭曲扁管体，所述扭曲扁管体的任一横截面均为具有径向长轴和径向短轴的扁形截面，所述扭曲扁管体由分别位于所述径向长轴相对两端的两个短轴管壁以及分别位于所述径向短轴相对两端的两个长轴管壁围合而成，其特征在于，对于所述两个长轴管壁中的至少一个长轴管壁，其内表面设置有沿着所述长度方向间隔排列的多个凸起。

2.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，所述两个长轴管壁中的每一个长轴管壁的内表面均设置有沿着所述长度方向间隔排列的多个所述凸起，其中一个所述长轴管壁上的多个所述凸起与另一个所述长轴管壁上的多个所述凸起一一对应地设置。

3.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，所述凸起是垂直于所述长度方向连续延伸的条形凸起，所述凸起的长度不大于所述径向长轴的长度的70％，所述凸起的两端与所述两个短轴管壁间隔设置。

4.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，所述凸起为冲压凸起，所述长轴管壁的外表面对应于所述凸起的位置制有向内凹陷的冲压凹槽。

5.根据权利要求4所述的扭曲换热管，其特征在于，所述冲压凹槽为半圆形凹槽，其深度为0.3-0.6mm。

6.根据权利要求4所述的扭曲换热管，其特征在于，相邻所述冲压凹槽在所述长度方向上的间距为5.5mm。

7.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，所述径向长轴的长度为所述径向短轴的长度的3倍以上。

8.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，在所述长度方向上，每70-90mm长度的所述扭曲扁管体扭曲360°。

9.根据权利要求1所述的扭曲换热管，其特征在于，所述扭曲换热管还包括分别连接于所述扭曲扁管体的相对两端的两个圆形管体。

10.根据权利要求1至9任一项所述的扭曲换热管，其特征在于，所述短轴管壁的内表面为光滑表面。

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