分形表面結構式換熱管的製作方法
2023-06-17 12:34:06 3
專利名稱：分形表面結構式換熱管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種換熱裝置，具體涉及的是一種為強化換熱而設計的具有分形 表面結構特徵的換熱管。
背景技術：
換熱器廣泛用於能源、動力、環保、化工等工業應用領域。隨著工業節能減排工作 的推進，對涉及能耗的各個環節採用積極有效的節能措施將具有重要工程價值和意義。對 換熱器進行優化設計，提高其換熱效能，是節能減排的一個重要舉措。換熱管是換熱器的主要部件之一，對其進行優化設計是提高換熱器效能的重要途 徑。由場協同理論可知，對於流動換熱而言，光滑管設計並不是最為優化的換熱方式。對 流換熱的熱阻主要集中在底層，所以強化底層的換熱是重點，同時改善管內流動，增加管內 擾流，為強化換熱的方向。目前，換熱管的強化換熱一般是採用螺紋、波紋等肋化表面設計 來實現。該種肋化表面是通過在流動換熱區域內產生的局部擾動，提高了流體湍動能強度， 實現了傳熱邊界層的重新生成並增強了通道內冷熱流體傳熱係數，提高了換熱管的傳熱性 能。然而，現有的螺紋、波紋等肋化表面設計尚未能充分利用換熱管的表面空間，並且，還缺 少考慮流體主流流型對管內熱傳遞影響。為此，本實用新型將換熱管表面設計成具有分形結構特徵以充分利用換熱管的表 面空間，並在管內插入異形擾流體以提高流動換熱的場協同性，進而達到高效換熱和節能 的目的。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供了一種新型 的具有分形表面結構特徵、並在其管內插入異形擾流體的換熱管，該換熱管能提高換熱管 內的流動換熱的場協同性，達到高效換熱和節能作用。技術方案為解決換熱管設計上存在的技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種分形 表面結構式換熱管，包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件，所述的肋化表面沿流動方 向的螺旋形地布置在所述管殼的內壁，所述的異形擾流體布置在換熱管內部，所述的異形 擾流體通過所述的連接件固定在所述的管殼上，其特徵在於所述的肋化表面為具有分形 結構特徵的表面，沿流動方向呈螺旋形延伸；所述的異形擾流體外表面呈現凹凸分布，且其 截面形狀沿流動方向呈周期性變化。所述的具有分形結構特徵的肋化表面採用Cantor集分形結構，至少布置有兩級 肋化表面結構。考慮到實際加工要求，所述的肋化表面結構的分形級數為2到10級。Cantor 集分形結構具有自仿射拓撲特徵，其分形輪廓的生成過程是(1)在水平方向，將第0級表面輪廓分為Qs-I)段(S為凸起段數)，將各段從左 到右按1，2……依次排序，其中奇數段與奇數段等長，偶數段則與偶數段等長，奇數段總長L1為初始表面輪廓長度L。的l/fx(fx> 1)。在垂直方向上，偶數段凸起高度保持Iitl ；(2)將上述各奇數段再次按上述方法各分成Os-I)段，其中的偶數段高度、為上 一級偶數段凸起高度K的l/fz(fz > 1)；(3)不斷重複以上步驟，根據這種方法生成的分形輪廓，其(n+1)級水平方向長度 和凸起高度分別為
權利要求1.一種分形表面結構式換熱管，包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件，所述的肋 化表面沿流動方向的螺旋形地布置在所述管殼的內壁，所述的異形擾流體布置在換熱管內 部，所述的異形擾流體通過所述的連接件固定在所述的管殼上，其特徵在於所述的肋化表 面為具有分形結構特徵的表面，沿流動方向呈螺旋形延伸；所述的異形擾流體外表面呈現 凹凸分布，且其截面形狀沿流動方向呈周期性變化。
2.根據權利要求1所述的分形表面結構式換熱管，其特徵在於所述的具有分形結構 特徵的肋化表面採用康託集分形結構，至少布置有兩級肋化表面結構。
3.根據權利要求1所述的分形表面結構式換熱管，其特徵在於所述的康託集分形結 構的分型維數為1 2。
4.根據權利要求1所述的分形表面結構式換熱管，其特徵在於所述的擾流體由多個 橄欖體前後相續連接而成，截面形狀沿流動方向呈周期性變化，其外表面上布置有連續的 凹凸體，所述的凹凸體的截面形狀為三角形、矩形、梯形、圓形或上述三種形狀的組合結構。
專利摘要本實用新型公開了一種分形表面結構式換熱管，包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件，所述的肋化表面沿流動方向的螺旋形地布置在所述管殼的內壁，所述的異形擾流體布置在換熱管內部，所述的異形擾流體通過所述的連接件固定在所述的管殼上，其特徵在於所述的肋化表面為具有分形結構特徵的表面，沿流動方向呈螺旋形延伸；所述的異形擾流體外表面呈現凹凸分布，且其截面形狀沿流動方向呈周期性變化。該換熱管大大提高了管內流動換熱的場協同性。以上這些因素大大強化了該型換熱管的換熱性能，進而達到高效換熱、結構緊湊、節能的目的。
文檔編號F28F13/12GK201892469SQ20102067136
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者張程賓, 眭佳佳, 陳永平 申請人:東南大學