JPS5924311B2 - Heat transfer tube with multiple internal ridges - Google Patents

Heat transfer tube with multiple internal ridges

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JPS5924311B2
JPS5924311B2 JP49077236A JP7723674A JPS5924311B2 JP S5924311 B2 JPS5924311 B2 JP S5924311B2 JP 49077236 A JP49077236 A JP 49077236A JP 7723674 A JP7723674 A JP 7723674A JP S5924311 B2 JPS5924311 B2 JP S5924311B2
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tube
ridge
heat transfer
ridges
internal
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱の転移を目的とする金属管材料、特に、そ
の特性を改善するたみ、その内面に特殊形態が与えられ
た金属管材料に関している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a metal tube material for the purpose of heat transfer, and in particular to a metal tube material whose inner surface has been given a special shape in order to improve its properties.

米国特許第3.217.799号、同第3.463.9
97号、同第3.481.394号、同第3.559.
4.37号及び1967年米国特許出願第674.61
1号、197]年同第224.095号、及び1972
年同第232.571号に、夫々詳細に説明されている
ように、管の内面及び(或は)外面に特別の形態を付与
することにより、平坦な管材よりも、熱転移度を著しく
増進することができる。
U.S. Patent No. 3.217.799, U.S. Patent No. 3.463.9
No. 97, No. 3.481.394, No. 3.559.
No. 4.37 and 1967 U.S. Patent Application No. 674.61
No. 1, 197] No. 224.095 of the same year, and 1972
No. 232.571 of the same year, the degree of thermal transition is significantly enhanced by imparting a special shape to the inner and/or outer surface of the tube compared to a flat tube. can do.

外表向に関しては、外側にフィンを設けた管は、外表面
を著しく増大すると共に、熱の転移に関して、外側の境
膜係数を著しく増進するという、有利な特性を生ぜしめ
得るフィンを設けることの技術がある。
Regarding the external surface, externally finned tubes significantly increase the external surface and the fins can give rise to advantageous properties of significantly increasing the external film coefficient with respect to heat transfer. There is technology.

即ち、成る熱転移装置に対しては、外側にフィンを有す
る管の内面に変形を加えることにより、更に論理的に改
善が求められることになる。
In other words, further logical improvements are required for the heat transfer device consisting of the following: by deforming the inner surface of the tube having fins on the outside.

その一つの試みは、上記各米国特許の外、更に米国特許
第2181927号、同第2220726号、同第24
32308号、同第2913009号、同第30884
94号及び同第3612175号にも示されているよう
に、流体の渦流を高めるため、内面に螺旋或は環状の隆
起部を設けることにある。
One such attempt was made in addition to the above-mentioned US patents, as well as US Patent Nos. 2181927, 2220726, and 24
No. 32308, No. 2913009, No. 30884
As shown in No. 94 and No. 3,612,175, a spiral or annular ridge is provided on the inner surface in order to increase the vortex flow of the fluid.

種々の内部形状を有する種々の管の、管側の熱転移特性
を比較するためには、次に挙げる形式の5iedev−
Tateの公式を用いれば宜しい。
In order to compare the tube-side heat transfer properties of different tubes with different internal geometries, a 5iedev-
It is sufficient to use Tate's formula.

hi d i/に=Ci (diG/μ)”8(Cpμ
/K )3(p、/ vw )”4・−・(式1) hi=内部の熱転移係数で、Btu/hr−sqft−
oF。
hi d i/ni=Ci (diG/μ)”8(Cpμ
/K)3(p,/vw)”4・−・(Formula 1) hi=internal thermal transition coefficient, Btu/hr−sqft−
oF.

di−管の内径(ft)。di - inner diameter of tube (ft).

K−管内流体の、総合流体温度に於ける熱伝導度、(B
tu / hr−sqft−oF )/f tsCi=
管内熱転移定数(無ヂメンション)、G=質量速度(1
b / hr −5qft )、Cp−比熱(Btu
/ 1 b oF)、μ二平均総合流体温度に於ける管
内流体の粘性(1b/ f t−hr )、 μW−平均壁面温度に於ける管内流体の粘性、上記方程
式は、矯正係数Ciが用いられるならば、平坦な或は内
部隆起付管内を滴流的に流れる単相流体に適用すること
ができる。
K - Thermal conductivity of the fluid in the pipe at the total fluid temperature, (B
tu/hr-sqft-oF)/ftsCi=
In-tube heat transfer constant (dimensionless), G = mass velocity (1
b/hr −5qft), Cp-specific heat (Btu
/ 1 b oF), μ - viscosity of the fluid in the pipe at the average overall fluid temperature (1b/ f t-hr ), μ W - the viscosity of the fluid in the pipe at the average wall temperature, the above equation uses the correction coefficient Ci. If possible, it can be applied to single-phase fluids flowing dropwise in flat or internally ridged tubes.

成る特定の管に対する、上記無ヂメンションの内側の熱
転移定数「CI」は、[Industrial Eng
ineeringChemistry Process
Design & Develop−mentJ第1
0巻、第1号(1971年)の、J、G。
The dimensionless inner heat transfer constant "CI" for a particular tube consisting of [Industrial Eng.
ineeringChemistry Process
Design & Development J 1st
0, No. 1 (1971), J.G.

ライザ等による、「垂直に並べられた水平波影付及び平
滑管に於ける蒸気の凝結」と題する論文に記載された、
変形的ウィルソン曲線描画法により、実験的に決定する
ことができる。
In a paper entitled "Condensation of Vapor in Vertically Aligned Horizontal Wave-Shaded and Smooth Tubes" by Reiser et al.
It can be determined experimentally by a modified Wilson curve drawing method.

上記Ciが最大となるように管を設計することが望まし
いが、Ciが、低いが成る一定された値であった力がよ
いと考えられる多くの事例がある。
Although it is desirable to design the tube so that Ci is maximized, there are many cases where it would be better to have a force where Ci is a low but constant value.

この最後の条件は、許し得る圧力降下が著しく制限され
るような場合に主として見られる。
This last condition is mainly found in cases where the permissible pressure drop is severely limited.

設計者が内部的形状素子あ選択の際、金属加工能力の制
限或は、材料保存の必要性によって拘束される場合には
、Ciを最終的に最大ならしめることではなく、可能最
大のCiを、現在の拘束条件内にあらしめることが重要
である。
If the designer is constrained in selecting internal feature elements by limitations in metal processing capabilities or by the need for material conservation, the designer may choose to maximize Ci, rather than ultimately maximizing Ci. , it is important to keep it within the current constraints.

即ち、幾何学的形状数の関数として、熱転移特性を予想
することが出来ることが、極めて望ましい。
That is, it is highly desirable to be able to predict thermal transition properties as a function of geometry number.

そこで、本発明の目的は、熱転移特性が改善された内部
形態を有する金属の熱転移管を提供することである。
It is therefore an object of the present invention to provide a metallic heat transfer tube having an internal morphology with improved heat transfer properties.

従って、本発明によって提供される内部を流れる流体へ
或はこの流体からの改善された熱転移率を有する金属管
は、該金属管が、一定のピッチ長と進み角と多数の出発
点を有する該金属管の内壁からその半径方向に内側へ延
びている多数の内部的螺旋形の一体的隆起部を有するこ
と、前記多数の内部的螺旋形の隆起部が(垂線から管軸
に向って測って)60°以下の進み角と、少くとも一つ
の外部フィンのピッチ距離より犬なるピッチ距離を有す
ること、但し前記少くとも一つの外部フィン及び前記複
数の内部隆起部の、夫々の進み角が、互に犬さ及び(或
は)方向を異にしていること、前記管の内壁が、縦の断
面形に於いて、相隣る両峰起部の中間の、管の平坦な内
壁部と隆起部の尖端とを接続する1対の側方境界を含む
断面的輪郭形状を有する、前記隆起部と共に、相隣る内
部隆起部間に中間的平坦部、すなわち管の本来の内壁部
分を限定するように形成されていること、前記側方の境
界部が、凹部部と突入部とより成り、これ等の部分が、
前記尖端部から半径方向に外側の彎曲転換点であり且つ
尖端から、隆起部の高さ以下の距離に於いて、相互に接
続していることを特徴としている。
Accordingly, a metal tube with an improved rate of heat transfer to or from a fluid flowing therein provided by the present invention is characterized in that the metal tube has a constant pitch length and lead angle and multiple starting points. having a plurality of integral internal helical ridges extending radially inwardly from the inner wall of the metal tube, said plurality of internal helical ridges (measured from the perpendicular toward the tube axis); a) a lead angle of less than 60° and a pitch distance that is greater than the pitch distance of at least one external fin, provided that the lead angle of each of said at least one external fin and said plurality of internal ridges is , the length and/or direction of the inner wall of the tube is different from each other, and the inner wall of the tube is located between the flat inner wall portion of the tube between the two adjacent peaks in the vertical cross-sectional shape. together with said ridges defining an intermediate flat between adjacent inner ridges, i.e. a portion of the actual inner wall of the tube, having a cross-sectional profile including a pair of lateral boundaries connecting the apices of the ridges; The lateral boundary portion is formed of a recessed portion and a protruding portion, and these portions are formed such that:
They are characterized in that they are interconnected at curvature turning points radially outward from the tip and at a distance from the tip less than or equal to the height of the ridge.

即ち、上記諸口的は、本発明によるその円筒状の内向に
、多数の出発点を有する螺旋形の隆起が一体的に形成さ
れた金属熱転移管によって達成される。
That is, the above aspects are achieved by the metal heat transfer tube according to the invention, in which a spiral ridge having a plurality of starting points is integrally formed on the inside of its cylindrical shape.

上記隆起部の作用は、流体と管壁との間で熱の転移を妨
げるような管壁に沿う境界層を、該流体が作り得ないよ
うに、管内を流れる流体を攪乱することである。
The effect of the ridges is to disturb the fluid flowing within the tube so that the fluid cannot create a boundary layer along the tube wall that would prevent heat transfer between the fluid and the tube wall.

従来の技術によっても、熱転移特性に効果を及ぼす成る
注目すべき幾何学的考察が示唆されているが、幾何学的
形状に於ける変化に対する管内の熱転移係数の応答を予
知できる仕方で、幾何学的特性に関係づけることには成
功していない。
Although the prior art has also suggested significant geometrical considerations that affect the thermal transfer characteristics, the response of the thermal transfer coefficient within the tube to changes in geometry can be predicted in a manner that It has not been possible to relate it to geometric properties.

前掲米国特許第3217799号は、隆起部の高さの寸
法に対する、隣接する隆起部間の軸方向の間隔寸法の比
を、重要な変数として引出している。
No. 3,217,799 cited the ratio of the axial spacing dimension between adjacent ridges to the height dimension of the ridges as an important variable.

この仕方も重要な考察ではあるが、管内熱転移特性を予
知或は極太化できる程に、最も有利な管設計を限定する
には不明確である。
Although this method is also an important consideration, it is not clear enough to limit the most advantageous tube design to the extent that the internal heat transfer characteristics can be predicted or made extremely thick.

次に、昭和48年特許願第20720号(参照文献A)
に於いては、厳格係数と呼ばれる、幾例学的変数と、C
iとの間の関係が発表されている。
Next, 1978 Patent Application No. 20720 (Reference Document A)
In , a geometrical variable called the strict coefficient and C
The relationship between i has been announced.

この係数φは、無ヂメンションに属し、次式で表わすよ
うに、隆起部の高さくe)、ピッチ(p)及び内径(d
i )より成る。
This coefficient φ belongs to dimensionless and is expressed by the following equation: height e), pitch (p), and inner diameter (d
i) Consisting of:

φ−e2/pti (式2)上記参照文
献Aに於いては、単出発点の管内隆起部を有する管に対
しては、可能最大のCiがあり、そして成るφの値の範
囲に亘ってではなく、φの特定値に於いて、上記最大値
が生ずることが引出されている。
φ−e2/pti (Equation 2) In reference A above, for a tube with a single starting intratubular ridge, there is a maximum possible Ci, and over the range of values of φ consisting of Rather, it is derived that the above maximum value occurs at a specific value of φ.

単一螺内部隆起管に対しては、φ二0.365X10−
2のときに、Ciの極太値が生ずることが分っている故
、このような管の形態は、隆起の最大値から平坦な管に
至るまで、所望される任意のCIの値を作り得るように
、形成することができる。
For single thread internal ridge tube, φ20.365X10-
Since the thickest values of Ci have been found to occur when As such, it can be formed.

内部に単一螺旋隆起部を有する管に対しては、Ci対φ
の関係が引出されたが、内部に多重・出発の隆起部を有
する管の設計に於ける、上記関係にも興味が持たれる。
For tubes with a single helical ridge inside, Ci vs. φ
The above relationship is also of interest in the design of tubes with internal multiple starting ridges.

即ち後者の管に於いて、単一螺旋内部隆起を有する管に
於けるよりも、厳格度に関しても、圧力降下に関しても
、その与えられた条件に対して、より高い熱転移係数を
有する管を設計することが可能なことが分ったのである
That is, the latter tube has a higher thermal transfer coefficient for the given conditions, both in terms of severity and in terms of pressure drop, than in a tube with a single helical internal ridge. It turns out that it is possible to design.

そこで本発明は、厳格度係数φをも、基本的要素に含ま
せるものである。
Therefore, the present invention also includes the strictness coefficient φ as a basic element.

この事実は、多重出発の内部隆起を有する管に対する、
管内熱転移特性の改善に於いては、隆起部の役割及び隆
起部と管の寸法を明確ならしめることによって、上記技
術を推進する。
This fact suggests that for tubes with multiple starting internal ridges,
In improving the heat transfer characteristics within the tube, the above technology is advanced by clarifying the role of the ridge and the dimensions of the ridge and the tube.

本発明は、これを特記すれば、縦断面形に於ける、内側
の隆起部間の中間的平坦部と、隆起の尖端と中間の平坦
部との間の凸彎曲と凹彎曲との接続部とを限定するよう
に形成された内部的管壁に関している。
In particular, the present invention is directed to the connecting portion between the intermediate flat portion between the inner raised portions and the convex curve and the concave curve between the tip of the raised portion and the intermediate flat portion in the longitudinal cross-sectional shape. It pertains to an internal canal wall formed to define.

更に、前掲米国特許第3481394号に発表された、
数個の管の実施形態に於いては、該管が、内部の単一リ
ブ、即ち隆起部と、複数の外部フィンとを具えている。
Further, as disclosed in the aforementioned U.S. Pat. No. 3,481,394,
In some tube embodiments, the tube includes a single internal rib or ridge and a plurality of external fins.

上記米国特許の単一内部リブのピッチは、当然ながら、
複数の外部フィンのピッチよりは犬であるが、リブは、
隣接した2つの外部フィンを限定する溝の谷に従って形
成されている故、フィンと同−進みを持っている。
The pitch of the single internal rib in the above US patent is, of course,
The ribs are more dog-like than the pitch of the multiple external fins,
Since it is formed according to the valley of the groove that defines two adjacent external fins, it has coexistence with the fins.

内部隆起部に隣接する、管の外側の根元の直径の減少の
ため、複数の螺旋隆起部の進みがフィンの進みよりも犬
とされている。
The helical ridge progression is more canine than the fin progression due to the reduced diameter of the outer root of the tube adjacent to the internal ridge.

本発明の管材料よりは、従来の管では、その剛性が低下
する(振動の影響を受は易い)という結果を生ずる。
The result is that conventional tubes are less rigid (more susceptible to vibrations) than the tube material of the present invention.

又、本発明によって改良された管は、内部隆起部のサイ
ズ、形状、出発点の数、及び進み角が、外部フィンに関
係的に固定されることなしに、管の熱転移及び圧力降下
特性等に関して選択できる故、設計上の選択範囲をも拡
大される。
The improved tube according to the present invention also improves the heat transfer and pressure drop characteristics of the tube without the size, shape, number of starting points, and advance angle of the internal ridges being fixed relative to the external fins. The range of design choices is also expanded.

現在使用されている管材は、隆起部に於けるより厚くさ
れた部分以外の、フィンの下部では、均等な壁厚を持っ
ているが、少くとも一つの方法(米国特許第35594
37号)によって製造された場合、米国特許第3481
394号による管は、内部隆起部附近に於ける壁厚が薄
くなる場合があり得ることになる。
Currently used tubing has a uniform wall thickness at the bottom of the fin, except for the thicker areas at the ridges, but at least one method (U.S. Pat. No. 35,594)
No. 37), U.S. Patent No. 3481
It follows that the tube according to No. 394 may have a reduced wall thickness near the internal ridges.

即ち、成る与えられた強度に対しては、本発明の管の力
が所要材料が少くて済むことになる。
That is, for a given strength, the strength of the tube of the present invention requires less material.

種々の多重出発点の隆起部の断面形と種々の寸法態様と
を有する、多数の管材を設計し且つ試験した後、内部的
熱転移定数Ciを極めて正確に予知し得る、数学的模型
、即ち方程式を作ることが可能となった。
After designing and testing a large number of tubes with different multi-starting ridge cross-sectional shapes and different dimensional features, a mathematical model, i.e. It is now possible to create an equation.

これと反対に、定数Ciの特定値が求められる場合には
、所望の定数を与える、隆起部の基底部幅のような、管
の成る変数を予知することができる。
Conversely, if a particular value of the constant Ci is desired, it is possible to predict the variables of the tube, such as the base width of the ridge, that will give the desired constant.

上記方程式の適用範囲内で、隆起部の高さが増大すると
共に、又隆起部の幅が低減されると共に、熱転移特性が
高められることが分った。
It has been found that within the scope of the above equation, as the height of the ridge increases, and as the width of the ridge decreases, the thermal transfer properties are enhanced.

併し、隆起部の寸法を左右する多くの係数がある。However, there are many factors that affect the size of the ridge.

例えば、金属の加工特性が、管の金属実質を半径方向に
内側へ運動させ得る範囲を制限することがあり、従って
そのため隆起部の最大の高さが制限される。
For example, the processing characteristics of the metal may limit the extent to which the metal substance of the tube can be moved radially inward, thus limiting the maximum height of the ridge.

狭い隆起部が望ましい場合には、隆起部を形成するため
の適当な金属加工のための工具を製作する場合に問題を
生ずることがある。
If narrow ridges are desired, problems may arise in fabricating the appropriate metalworking tools to form the ridges.

他力に於いて、隆起部の幅が犬となれば、幅が狭い場合
よりも、深さをより犬とすることが容易となり、更に腐
蝕性の流体に接触した場合の摩耗に対する抗性もより犬
となる。
In external forces, if the width of the ridge is narrower, it is easier to achieve a deeper depth than if the width is narrower, and it is also more resistant to wear when in contact with corrosive fluids. Become more of a dog.

併し、これ等の利点は、管材料を過大とし、或は成る程
度の外部的熱転移面を失うことによって初めて、獲得さ
れる。
However, these advantages can only be obtained by oversizing the tubing or by losing some external heat transfer surface.

Ciなる係数を予知するために作られた、上記方程式は
、次のように書くことができる。
The above equation created to predict the coefficient Ci can be written as follows.

Cに0.0264+(22,1)(φ)(1−b/p)
(e/y)a (式3) 但し、φ=厳格係数(式2)、 b−隆起部基底幅(軸力向に測った値)、C−隣接隆起
部上の、軸方向に於ける対応する2点間で測ったピッチ
、 e−隆起部の高さ、 y−隆起部頂点から、その断面境界の彎曲転換点まで半
径方向に測った隆起部の 帽の高さ。
0.0264+(22,1)(φ)(1-b/p) for C
(e/y)a (Formula 3) where, φ = Stringency factor (Formula 2), b - Basal width of the ridge (measured in the axial direction), C - On the adjacent ridge in the axial direction pitch measured between two corresponding points; e - height of the ridge; y - height of the cap of the ridge measured radially from the apex of the ridge to the point of curvature at its cross-sectional boundary;

上記方程式は、隣接する内部隆起部間に、中間的平坦部
すなわち円筒形の内壁部を有する、内部的螺旋隆起部付
管に適用することができる。
The above equations can be applied to internal helical ridged tubes having an intermediate flat or cylindrical inner wall between adjacent internal ridges.

優良な管を作るための上記方程式の適用上の制限は、次
の通りである。
The limitations on the application of the above equation to make a good tube are as follows.

即ち、b/pは、0.10乃至0.20とすべきこと、
φは0.25 X 10”−2以下とすべきこと、そし
てe/yは1.50乃至5.00とすべきこと。
That is, b/p should be between 0.10 and 0.20.
φ should be less than 0.25 x 10''-2, and e/y should be between 1.50 and 5.00.

次に、本発明の実施例を示す図面を参照して、本発明の
作用及び効果につき更に具体的に説明しよう。
Next, the functions and effects of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings showing embodiments of the present invention.

第1図は、本発明によって製作された、概括的に10を
以て示される管の軸断面を表わしている。
FIG. 1 represents an axial cross-section of a tube, indicated generally at 10, made in accordance with the present invention.

管10は、複数の外部フィン12,14と、複数の、多
重出発点内部隆起部16,18を含んでいる。
Tube 10 includes a plurality of external fins 12,14 and a plurality of multi-start internal ridges 16,18.

外部フィン12,14と、内部隆起部16゜18とは、
成るべく、溝付直軸(図示されていない)上で、管の壁
部分20から、一体的且つ同時に形成されるを可とする
The external fins 12, 14 and the internal raised portions 16°18 are:
Preferably, it can be integrally and simultaneously formed from the wall portion 20 of the tube on a grooved straight shaft (not shown).

管の内壁22は、それが内側の隆起部16,18によっ
て中断されている個所以外は、円筒形の断面を持つよう
に、すなわち中間的平坦部を形成するようにされている
The inner wall 22 of the tube is adapted to have a cylindrical cross-section, ie to form an intermediate flat, except where it is interrupted by inner ridges 16,18.

上記隆起部の幅は「b」、隆起部のピッチは…」、そし
てその螺旋角は「θ」である。
The width of the raised part is "b", the pitch of the raised part is "...", and the helical angle is "θ".

このθは、軸に対する垂直面から測定された角である。This θ is the angle measured from a plane perpendicular to the axis.

第1図に示すような断面を有する実際上の管の特定寸法
は、 e−=0.0178“(0,452mm)、p=0.3
33“(8,46mm)、 di=0.820“(20,83mm)、φ二0.11
6X10”、 b=0.064“(1,62mm)、 y=o、o、os9“(0,226mm) 、 b/p
=0.2 。
The specific dimensions of a practical tube with a cross-section as shown in FIG.
33" (8,46mm), di=0.820" (20,83mm), φ20.11
6X10", b=0.064" (1,62mm), y=o, o, os9" (0,226mm), b/p
=0.2.

e/ y=2.00 、 Ci (予想値)=0.05
2゜Ci (実際値)=0.052.θ=39°。
e/y=2.00, Ci (expected value)=0.05
2°Ci (actual value) = 0.052. θ=39°.

フィン出発点−3、隆起部出発点−6、 材料−銅。Fin starting point-3, ridge starting point-6, Material - Copper.

第2図は、多数の管に対する、内部熱転移係数に対する
厳格係数の関係を表わす特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the internal heat transfer coefficient and the strictness coefficient for a number of tubes.

下側の曲線26は、上掲引照例Aに発表されているよう
な、曲線的内壁断面形を有する、単螺旋波形管に対する
特性を表わしている。
The lower curve 26 represents the characteristics for a single helical corrugated tube with a curved inner wall cross-section, as published in Reference Example A, supra.

上側の曲線28は、本発明による、中間部が平坦な内壁
断面形を有する多重螺旋、内部隆起型の管に対する特性
を表わしている。
The upper curve 28 represents the characteristics for a multi-helical, internally ridged tube with a flat inner wall cross section in accordance with the invention.

両曲線は、φ=Oの場合、即ち平坦な管に対する値Ci
二0.0264に於いて交差している。
Both curves show that when φ=O, i.e. for a flat tube, the value Ci
They intersect at 20.0264.

両曲線26と28は、概括的に、両者の管の熱転移特性
と、平坦な管と比較したときの、夫々の改善の度を表わ
している。
Both curves 26 and 28 generally represent the heat transfer properties of both tubes and their respective improvements when compared to a flat tube.

熱の転移の度と圧力降下との間の関係(i第12図に、
Ciと摩擦係数fとを用いて表わされている。
The relationship between the degree of heat transfer and the pressure drop (in Fig. 12,
It is expressed using Ci and a friction coefficient f.

圧力降下は、同一レイノルズ数に於ける、与えられた直
径の管同志を比較した場合の摩擦係数に比例する。
The pressure drop is proportional to the coefficient of friction when comparing tubes of a given diameter at the same Reynolds number.

第12図によれば、従来の技術による管(曲線30)と
比較した場合の、本発明の管(曲線29)に対する、与
えられた圧力降下時の、Ciの改善の度は、明瞭である
According to FIG. 12, the degree of improvement in Ci at a given pressure drop for the tube of the invention (curve 29) compared to the tube according to the prior art (curve 30) is clear. .

曲線30によって表わされる従来技術の管は、上掲の引
照Aに発表された型のもので、これは、曲線的内壁断面
形を有する、単−出発への、内部隆起管に対応する。
The prior art tube represented by curve 30 is of the type published in Reference A above, which corresponds to a single-start, internally raised tube with a curved internal wall cross-section.

第3図は、上掲方程式3に依って予知された熱転移係数
に対抗する、中間平坦内壁断面形と変化する隆起形態と
を有する、多数の、多重出発点を有する、内部隆起管に
対して、実験的に作られた、内側熱転移係数Ciを曲線
として表わすグラフである。
FIG. 3 shows a diagram for an internally raised tube with a large number of multiple starting points, having an intermediate flat internal wall profile and varying ridged morphology, countering the thermal transfer coefficient predicted by Equation 3 above. This is a graph showing the inner thermal transition coefficient Ci as a curve, which was created experimentally.

このグラフは、完全な一致を表わす45゜の線32に対
する、グラフ上の種々の試験結果を表わす点の近接によ
って立証される通り、予測された値と、実験値との間に
は、かなり良い一致があることを示している。
This graph shows a fairly good relationship between the predicted and experimental values, as evidenced by the proximity of the points representing the various test results on the graph to the 45° line 32 representing perfect agreement. It shows that there is a match.

方程式2及び3から了解されるように、内側の隆起部1
6,18の高さ、幅、形状は、個々に、成る特定の管を
設計する場合の、熱転移及び圧力降下特性を決定するの
に重要な役割を演じている。
As seen from equations 2 and 3, the inner ridge 1
The height, width, and shape of tubes 6 and 18 individually play an important role in determining the heat transfer and pressure drop characteristics of a particular tube design.

第4図乃至第7図は、隆起部の通路に直角方向から見た
場合の、共同の隆起部幅b(Cos θ)と、共同の隆
起部の高さe、すなわち最も内側にある尖端部と中間的
平坦部との間隔を示す。
Figures 4 to 7 show the common ridge width b (Cos θ) and the common ridge height e, i.e., the innermost tip, when viewed from a direction perpendicular to the ridge passage. and the intermediate plateau.

これらの実施例では =bCosθとされた場合の、4
つの異る隆起部の断面形を示している。
In these examples, when =bCosθ, 4
The cross-sectional shapes of two different ridges are shown.

上記各々の隆起部断面形の一対の側力境界すなわち隆起
部の尖端と根元とを結ぶ表向部分は、凹入曲線36と突
出曲線38によって決定されている。
A pair of lateral force boundaries of each of the above-mentioned ridge cross-sections, that is, a surface portion connecting the apex and root of the ridge are determined by the recessed curve 36 and the protrusion curve 38.

前記凹入曲線及び突出曲線は彎曲交換点で合体し、第4
図においては彎曲変換点が40として示されている。
The concave curve and the protruding curve merge at the curvature exchange point, and the fourth
The curvature transformation point is shown as 40 in the figure.

両者の曲線36.38の組合せによって限定された断面
形を有する隆起部44は、隆起部の頂点と、彎曲変換点
40との間の半径的距離に等しい高さryJを有する幅
部分46を具えている。
The ridge 44, which has a cross-sectional shape defined by the combination of the two curves 36, 38, has a width portion 46 with a height ryJ equal to the radial distance between the apex of the ridge and the point of curvature transformation 40. It is growing.

隆起部44の基底部50は、幅b (Cosθ)と高さ
くe−y)とを持っている。
The base portion 50 of the raised portion 44 has a width b (Cos θ) and a height e−y).

第4図乃至第1図に示された種々の隆起部の断面形は、
4つの図面のre/yJ値が夫々、1.50 、2.0
0 、3.00及び4.00に等しくなるように、「y
」の寸法が夫夫異っている点で、互に相違している。
The cross-sectional shapes of the various ridges shown in FIGS. 4 to 1 are as follows:
The re/yJ values of the four drawings are 1.50 and 2.0, respectively.
0, 3.00 and 4.00.
They are different in that their dimensions are different.

第8図の隆起部断面形においては、隆起部頂部は平坦な
部分48として表示され、その寸法fc(cosθ)だ
け、帽と基底部が幅広くされていること以外は、第5図
の形状と同一である。
In the cross-sectional shape of the ridge in FIG. 8, the top of the ridge is shown as a flat portion 48, and the shape is similar to that in FIG. 5, except that the cap and base are made wider by the dimension fc (cos θ). are the same.

第8図は、一つの軸方向の平面に於ける隆起部の断面図
である故、第5図の円弧は、fc (Cosθ)に沿い
、1/Cosθなる係数だけ引延ばされた楕円弧となっ
ている。
Since FIG. 8 is a cross-sectional view of the protrusion in one axial plane, the arc in FIG. 5 is an elliptical arc stretched along fc (Cos θ) by a factor of 1/Cos θ. It has become.

厳格係数と隆起部のピッチとの値が与えられている管の
範囲内では、第8図の隆起部断面の基底部がより広くさ
れているので、例えば、第5図の断面形よりは熱移動の
係数が低くなるが、製作の点では有利である。
Within the range of tubes for which the values of stringency factor and ridge pitch are given, the base of the ridge section in FIG. Although the coefficient of movement is lower, it is advantageous in terms of manufacturing.

幅の狭い溝を有する心馳を用意するよりも、幅の広い溝
の心馳を用意する力が容易であり、又、狭い隆起部より
も、幅広い隆起部を形成するようにこれを成形中、管の
金属を移動させる力がより容易である。
It is easier to prepare a core with a wide groove than to have a core with a narrow groove, and it is easier to form the core to form a wide ridge than a narrow ridge. , the force of moving the metal of the tube is easier.

該管の中を腐蝕性の流体が通流する場合には、隆起部の
幅を拡げた力が摩耗に対する寿命を長くする。
When corrosive fluids flow through the tube, the force of increasing the width of the ridges increases wear life.

第4図乃至第8図に示されるような彎曲断面形を作る心
馳の溝を研磨することは極めて困難である。
It is extremely difficult to polish the grooves in the core that produce the curved cross-sectional shapes shown in FIGS. 4-8.

そこで、例えば、第4図の曲線的断面形36,38を、
点線36′。
Therefore, for example, the curved cross-sectional shapes 36 and 38 in FIG.
Dotted line 36'.

36“及び38’、38“のような直線に依って近似化
した場合でも、充分満足すべき結果が得られることが分
った。
It has been found that even when approximated by straight lines such as 36", 38', and 38", sufficiently satisfactory results can be obtained.

この場合、線36’、36“、β・8’、38“を連結
した線において、曲線36.38の場合と同じく点40
が連続する直線における彎曲変換点となっているのが見
られる。
In this case, on the line connecting lines 36', 36", β・8', and 38", point 40 is the same as in the case of curve 36.38.
can be seen to be a curved transition point in a continuous straight line.

曲線に対し、直線的近似化を適用する利点は、心馳の溝
を形成するのに用いられる極めて薄い研磨輪の刃に直線
的断面形を与えれば、曲線形の場合よりも、これが製作
にも維持にも容易となることである。
The advantage of applying a linear approximation to curves is that if the extremely thin grinding wheel blades used to form the grooves have a straight cross-section, this will be easier to fabricate than if they were curved. It is also easy to maintain.

第9図は、方程式3が、e/yを変数とし、b/pの値
を0.15として描かれた場合の、厳格係数φと、上掲
の熱転移定数Ciとの間の関係を表わしている。
Figure 9 shows the relationship between the strictness coefficient φ and the heat transfer constant Ci listed above when Equation 3 is drawn with e/y as a variable and the value of b/p as 0.15. It represents.

このグラフは、厳格係数φが与えられて居り、e/yの
値が1.5から5.0まで増大されたとき、CIの値が
増大することを示している。
This graph shows that the value of CI increases as the value of e/y is increased from 1.5 to 5.0, given the stringency factor φ.

線51,52,53及び55は、e/yの値を夫々、1
.5,2,3及び5とした場合の上記増加を示している
Lines 51, 52, 53 and 55 indicate the value of e/y, respectively.
.. 5, 2, 3, and 5 are shown.

第9図に示されたグラフの様な、一つのグラフを用いれ
ば、成る特定の厳格度と、b/pの成る特定の値とに対
して、成る与えられた熱の転移度を得るのに使用される
、隆起部の形態を容易に決定することができる。
Using a single graph, such as the graph shown in Figure 9, one can obtain the degree of transition of a given heat for a given stringency and a given value of b/p. The form of the ridge used in the process can be easily determined.

例えば、第9図により、0.15X10−2の厳格係数
に対しては、第7図に示されるような30のe/yを有
する隆起部の形を用いれば、Ci =0.067fjる
値が得られることになる。
For example, according to FIG. 9, for a strictness factor of 0.15X10-2, using the ridge shape with e/y of 30 as shown in FIG. 7, the value Ci =0.067fj will be obtained.

帽がより幅広く、併し製作容易な、e/yが1,5なる
値を有する第4図の隆起部の形は、0.15XIQ−2
の厳格係数に対して、Ci =0.059なる値を生ず
ることになる。
The shape of the protuberance in Figure 4, where the cap is wider and easier to manufacture and has an e/y value of 1.5, is 0.15XIQ-2.
will yield a value of Ci =0.059 for the stringency coefficient of .

第10図は、第3図に対する、Ciに対抗的に、種々の
b/pの値が描かれていることに於いて異るだけの、第
9図と同様なグラフである。
FIG. 10 is a graph similar to FIG. 9, with the only difference from FIG. 3 being that various values of b/p are plotted as opposed to Ci.

φ=0、I X 10−2なる、一定の厳格係数を用い
て描かれたこのグラフは、線62,65によって表わさ
れる、e/y−2及び5とされるような、任意のe/y
の値に対して、b/pの値の増加と共に、Ciの値が減
少することを示している。
This graph, drawn with a constant stringency factor of φ = 0, I y
It is shown that the value of Ci decreases as the value of b/p increases with respect to the value of .

即ち、このグラフは、ピッチpと相対的に隆起部の幅す
を減少させることにより、熱転移効率が改善されること
を示している。
That is, this graph shows that by reducing the width of the ridges relative to the pitch p, the heat transfer efficiency is improved.

第11図は、方程式3に対する、Ciに対抗的に、種々
のe/yの値が曲線に描かれていることを除けば、第9
図及び第10図と同様なグラフである。
FIG. 11 shows the 9
FIG. 10 is a graph similar to FIG.

0.I X I F2なる厳格係数φの一定値に対して
描かれた、この曲線は、b/pの値が与えられた場合、
e/yが増大すると共に、熱転移係数Ciの値が増大す
ることを示している。
0. This curve, drawn for a constant value of the strictness factor φ, I X I F2, given the value of b/p,
It is shown that as e/y increases, the value of the thermal transition coefficient Ci increases.

両回線71.72は、夫々b/pがo、i及び0.2の
値を表わしている。
Both lines 71 and 72 have b/p values of o, i, and 0.2, respectively.

方程式3及び第9図、第10図及び第11図のグラフか
ら了解されるように、従来の管よりも効果に於いて優り
、且つ特定の熱転移係数Ciの値を持たせ得る、隆起部
間に、平坦な中間壁を有する、外部フィン及び多重内部
隆起付管を設計することが可能となる。
As can be seen from Equation 3 and the graphs of FIGS. 9, 10 and 11, the ridges are superior in effectiveness to conventional tubes and can be made to have a specific value of the thermal transfer coefficient Ci. It is possible to design external fins and multiple internal ridged tubes with flat intermediate walls in between.

例えば、内径0.8“(21,6mm)の管を有し、特
別の熱転移の所要条件を示−ICiの値が0.056に
等しいものと想定するならば、隆起部の幅すは次の段階
によって決定することができる。
For example, if we have a tube with an internal diameter of 0.8" (21,6 mm) and assume that the value of ICi is equal to 0.056, representing the special heat transfer requirements, then the width of the ridge is This can be determined by the following steps:

a)既知の金属加工上の制限に基き、製作し得る隆起部
の最大の高さe二0.0175“(0,4435龍)と
仮定する。
a) Based on known metal processing limitations, assume the maximum height of the ridge that can be fabricated, e20.0175".

b) 6出発点隆起部の形態上に作り得る最小ピッチ
pを0.3“(7,62mm)と仮定する。
b) Assume that the minimum pitch p that can be created in the form of the six starting point ridges is 0.3" (7,62 mm).

直径、隆起部の高さ、出発点の数及びピッチが分れば、
隆起部の螺旋角はきまったも同然である。
Once the diameter, height of the ridge, number of starting points and pitch are known,
The helical angle of the ridge is almost fixed.

C)方程式2からφの値を計算する。C) Calculate the value of φ from Equation 2.

φ=e”/pdi=o、128X10−2d)成形し易
く且つ磨耗耐力ある、第5図に示されるe/y二2の形
のような、隆起部の形を選*択する。
φ=e''/pdi=o, 128X10-2d) Select a ridge shape that is easy to mold and wear resistant, such as the e/y2 shape shown in FIG.

e)方程式3を解く。e) Solve Equation 3.

Ci =0.0264+22.1(φK l b/p
)(e/yl)30.056二0.0264(22,1
)(0,00128)(1−b/p)(2グ 1 、b/p=0.833 b/p=0.167 。
Ci =0.0264+22.1(φK l b/p
)(e/yl)30.05620.0264(22,1
)(0,00128)(1-b/p)(2g1, b/p=0.833 b/p=0.167.

p二0.3である故、 b=0.167 (0,3) 二〇、050“(1,27mm) 次に本発明の熱転移管を使用した場合の効果を、従来の
装置のうち特公昭40−1756号の製造方法によって
作られた内外側リブ付金属管部材のそれと比較する。
Since p20.3, b=0.167 (0,3) 20,050" (1,27mm) Next, we will compare the effect of using the heat transfer tube of the present invention compared to the conventional equipment. Comparison is made with that of a metal tube member with inner and outer ribs manufactured by the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Publication No. 1756/1983.

両管の仕様は下記のとおりであるが、前記公報の管にお
いては本発明の管の内側の「中間的平坦部分」に相当す
るものは実質的に形成されず、且つ内側隆起部には彎曲
変換点が見られない。
The specifications of both tubes are as follows, but in the tube of the above-mentioned publication, what corresponds to the "intermediate flat part" on the inside of the tube of the present invention is not substantially formed, and the inner raised part is curved. I can't see the conversion point.

なお進み角は隆起部が根元部分で42.95°、尖端で
44.60°、またフィンについては外側部分で2.4
4°、根元部分で2.94°であり、フィンのピッチは
0.0503インチ、条数を2として製作比較した。
The advance angle is 42.95° at the base of the raised part, 44.60° at the tip, and 2.4° at the outer part of the fin.
4 degrees, and 2.94 degrees at the base, the fin pitch was 0.0503 inches, and the number of fins was 2.

圧力低下、及び熱転移効率について試験が行われた結果
、本発明によれば、同一条件における同一通水量に対す
る圧力低下が、特公昭40−1756号の場合に比して
50%も少なくなり、また熱転移効率も16〜24%増
大することが判明した。
As a result of tests conducted on pressure drop and heat transfer efficiency, according to the present invention, the pressure drop for the same amount of water flow under the same conditions is 50% lower than that of Japanese Patent Publication No. 1756/1983. The heat transfer efficiency was also found to increase by 16-24%.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明によって製作された管の部分的縦断面
図、第2図は、成る、内部の平坦な中間壁断面形を有す
る内部的多重螺旋隆起管に対する、厳格度変数φの関数
としての、内部的熱転移係数を表わすグラフ、第3図は
、内部の中間的平坦壁断面形を有する、数個の多重螺旋
内部隆起管に対する内部的熱転移係数Ciに対する、実
験値対予想値の関係を表わすグラフ、第4図乃至第7図
は、隆起部に直角な平面に於ける横断面を以て示された
断面形を有する、与えられた厳格度の管の中に使用し得
る、数個の代換し得る隆起部断面形を表わし、第8図は
、隆起部が拡げられ、軸的平面が断面とされていること
以外は、第5図と同様な図、第9図乃至第11図は、方
程式 Ci −=0.264−4−(22、■)(φ)(1−
b/p)(e/p) sによって計算される場合の、厳
格塵φ、隆起部寸法eeh/p及びe/yを、変化させ
たことによる、内側熱転移係数01に及ぼす作用を表わ
すグラフ、第12図は、2つの異る型の内部螺旋隆起部
付管に対する熱転移係数対圧力降下特性を比較するグラ
フである。 図に於いて、10:本発明による管、12,14:外部
フィン、16,18:内部隆起部、20:管の壁部分、
22:管の内壁。
FIG. 1 is a partial longitudinal section of a tube made according to the invention; FIG. 2 is a function of the severity variable φ for an internal multiple helical ridge tube with an internal flat intermediate wall profile consisting of: Figure 3 shows the experimental versus expected values for the internal heat transfer coefficient Ci for several multi-helical internal ridge tubes with internal intermediate flat wall cross-sections. Graphs 4 to 7 depicting the relationship between the number FIG. 8 is a view similar to FIG. 5, except that the ridge is widened and the axial plane is the cross-section, and FIGS. Figure 11 shows the equation Ci −=0.264−4−(22,■)(φ)(1−
b/p) (e/p) Graph showing the effect of varying the strict dust φ, the ridge dimensions eeh/p and e/y on the inner thermal transfer coefficient 01 , FIG. 12 is a graph comparing the thermal transfer coefficient versus pressure drop characteristics for two different types of internal helical ridged tubes. In the figure, 10: tube according to the invention, 12, 14: external fins, 16, 18: internal ridges, 20: wall portion of the tube,
22: Inner wall of tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内部を流れる流体元及び流体からの、改善された熱
転移率を有する金属管に於いて、 前記金属管が、一定のピッチ長と、進み角と、多数の出
発点を有する、該金属管の内壁から半径方向に内側に延
びている、多数の内部的螺旋形の一体的隆起部を有する
こと、及び 前記多数の内部的螺旋膨隆起部が(管軸に垂直な面から
測って)60°以下の一定の進み角と、少くとも一つの
外部フィンのピッチ距離より犬なるピッチ距離を有する
こと、但し、前記少くとも一つの外部フィン及び前記複
数の内部隆起部の、夫夫の進み角が、互に太さ及び(或
は)方向を異にしていること、前記管の内壁が、縦の断
面形に於いて、相隣る内側隆起部の間に中間的平担部分
を限定するように形成され、前記の隆起部が、前記の中
間的平坦部分と該隆起部の尖端とを連結する、一対の側
力境界を有する如き隆起断面形状を有するようにされ、
前記側力境界が、凹入部と突出部とより成り、前記凹入
部と突出部とが、前記尖端から半径方向に外側に尖端か
ら隆起部の高さ以下の距離にある彎曲変換点において、
相互に接続していることを特徴とする、改善された熱転
移率を有する金属管。
[Scope of Claims] 1. A metal tube having an improved heat transfer rate from and to a source of fluid flowing therein, wherein the metal tube has a constant pitch length, a certain lead angle, and a plurality of starting points. a plurality of internal helical integral ridges extending radially inwardly from an inner wall of the metal tube having a constant advance angle of not more than 60° (measured from the plane) and a pitch distance that is greater than the pitch distance of at least one external fin, provided that said at least one external fin and said plurality of internal ridges , the leading angles of the tubes are different in thickness and/or direction, and the inner wall of the tube is intermediate between adjacent inner ridges in the vertical cross-section. said raised portion is formed to define a flat portion, said raised portion having a raised cross-sectional shape having a pair of lateral force boundaries connecting said intermediate flat portion and a tip of said raised portion; ,
the lateral force boundary comprises a recess and a protrusion, and at a curved transformation point where the recess and the protrusion are at a distance from the apex radially outwardly from the apex less than or equal to the height of the protuberance;
Metal tubes with improved heat transfer rate, characterized in that they are interconnected.
JP49077236A 1973-07-05 1974-07-05 Heat transfer tube with multiple internal ridges Expired JPS5924311B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

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US00376507A US3847212A (en) 1973-07-05 1973-07-05 Heat transfer tube having multiple internal ridges
US376507 1973-07-05

Publications (2)

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JPS5038123A JPS5038123A (en) 1975-04-09
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