交叉橢形截面換熱管的製作方法
2023-04-29 10:44:21
專利名稱：交叉橢形截面換熱管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種強化傳熱換熱管，特別是通過輥軋或模壓使圓形截面換熱管分段壓扁為橢形截面管段，且相鄰管段橢形截面軸線相互交叉的強化傳熱換熱管近年來強化傳熱技術在工程應用中得到廣泛的重視和發展。對於管流其入口段具有較好的強化傳熱作用，但目前在工程應用中幾乎為空白；渦流強化傳熱效果也十分明顯，但目前主要限於粗糙肋表面(如螺旋槽、橫槽等)和波紋管類換熱管。粗糙肋表面和波紋管類換熱管，其流阻較大，加工效率較低或製造工藝複雜，其製造費用相對較高。此外，波紋管類換熱管多為薄壁管，其承壓較低因而應用受限。在已公開的軋制或壓製成型的扁形高效換熱管技術中，以ZL97221659.6「螺旋扭曲橢形截面換熱管」和「變截面管」(《化肥工業》1998.06 P27-32；《化工設備設計》1999.06 P5-8)最具特色。「螺旋扭曲橢形截面換熱管」為連續扭曲的橢形截面換熱管，由於沿軸線其截面基本為等截面，因而其流阻較小，且一般可提高強化換熱係數30％以上。「變截面管」是以圓形截面為主和局部壓扁的漸變扁形截面換熱管，其圓形截面與壓扁截面的漸變錐角＜20°，由於其截面周期性的漸擴和漸縮引起擾流，因而其強化換熱效果也較好，但流阻較大。
本發明的目的是克服或彌補現有技術的不足，提供一種通過輥軋或模壓特別是一次輥軋使圓形截面換熱管分段壓扁為橢形截面管段，且相鄰管段橢形截面軸線相互交叉的強化傳熱換熱管。交叉橢形截面換熱管是以橢形截面管段為換熱主體，除管端外只在相鄰交叉橢形截面管段的過渡段存在少部分圓形截面及其過渡截面。交叉橢形截面換熱管的管壁在過渡段處沿管軸線方向出現周期性的過渡臺階，使管內流體在從一橢形截面管段進入另一交叉的橢形截面管段時，在橢形截面的大曲率半徑壁面處出現進口段效應(流體流速接近主流速度)，而在橢形截面的小曲率半徑壁面處出現渦流，從而使其管內強化傳熱作用十分顯著。由於各交叉橢形截面管段的管內截面面積幾乎相等，且過渡段的截面面積與換熱主體——橢形截面管段的截面面積相差不大，因而其流阻較小。管外流體為縱流時，其換熱及流阻特性與管內流基本相似，主要是交叉的橢形截面管段的分段所產生的相當於管內流的「進口段效應」和管壁的接觸或接近處所產生的尾流(產生渦流)的共同作用，使管外流體與壁面的換熱得以較好地強化而流阻相對增加不大。
本發明的目的是這樣實現的(1)使用平行軸軋輥對或成型壓制模具，將光滑或低肋表面的圓形截面換熱管在滾軋或模壓過程中特別是一次軋制過程中成型為分段壓扁的橢形截面管段，且相鄰管段橢形截面軸線相互交叉的橢形截面換熱管。相鄰交叉橢形截面管段之間和端部圓形截面管段與橢形截面管段之間存在過渡段。通過輥軋或模壓還可使其管壁產生不同的凹凸壁面，以進一步強化傳熱過程。
(2)考慮到與管板的連接方式，管兩端仍保持其圓形截面。
本發明與現有技術相比，具有管內外強化傳熱作用十分顯著、流阻較小和成型簡單等優點。交叉橢形截面換熱管與普通光滑圓形截面換熱管相比，對於層流一般可提高傳熱係數2-3倍甚至更多，對於湍流一般可提高傳熱係數30％以上，從而具有十分重要的工程實際應用價值。
本發明的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。
圖1是十字交叉橢形截面換熱管的結構示意圖。圖中D為軋制基管的外徑，L為換熱管總長度，L0為管端部圓形截面管段的長度，S為一個橢形截面管段的長度(包括過渡段長度)，H為一個過渡段的長度，A、B分別為橢形截面的長、短軸軸徑。圖中相鄰兩橢形截面管段的橢形截面長軸軸線相互垂直(互成90°)。十字交叉橢形截面換熱管主要用於換熱器管束中換熱管四邊形布管情況。
圖2是60°交叉橢形截面換熱管的結構示意圖。圖中D為軋制基管的外徑，L為換熱管總長度，L0為管端部圓形截面管段的長度，S為一個橢形截面管段的長度(包括過渡段長度)，H為一個過渡段的長度，A、B分別為橢形截面的長、短軸軸徑。圖中相鄰兩橢形截面管段的的橢形截面長軸軸線相互成60°。60°交叉橢形截面換熱管主要用於換熱器管束中換熱管三角形布管情況。
見圖1、圖2，本發明的具體結構如下交叉橢形截面換熱管是由多個軸線相互交叉的橢形截面管段和兩端光滑圓形截面管段組成，且相臨管段之間存在過渡段。
交叉橢形截面換熱管的相臨橢形截面管段的橢形截面長軸軸線相互交叉一定的角度，優先選用公稱交叉角為90°和60°兩種。公稱交叉角為90°(十字交叉)的交叉橢形截面換熱管主要用於換熱器管束中換熱管四邊形布管情況。公稱交叉角為60°的交叉橢形截面換熱管主要用於換熱器管束中換熱管三角形布管情況。
交叉橢形截面換熱管的橢形截面形狀可以是標準橢圓形截面或近似橢圓形截面形狀，也可以是長圓形截面或多段圓弧擬合的具有長短徑的對稱和近似對稱的截面形狀。橢形截面的長、短軸軸徑之比A/B＝1.1-2.5，推薦選用A/B＝1.4-1.6。每段橢形截面管段可以為等截面也可以為非等截面，推薦選用等截面。每段橢形截面管段可以為等長也可以為不等長，推薦選用等長。每段橢形截面管段長度S(包括過渡段長度H)與基管外徑D之比S/D≤20，推薦選用S/D＝2-5。每段過渡段長度H與基管外徑D之比H/D≤2，且H/S≤0.5，推薦選用H/D＝0.1-0.5。
交叉橢形截面換熱管的實施方式可以是模壓成型和軋製成型等方法。由於軋製成型方法具有產品尺寸穩定、生產效率高等優點，推薦選用輥軋成型方法特別是一次輥軋成型方法。一次輥軋成型製造交叉橢形截面換熱管的方法，是使用中心距可調同步旋轉的平行軸軋輥對，且軋輥的軋槽徑向剖面形狀為分段部分橢形截面或修正的橢形截面形狀。圖3是一種輥軋十字交叉橢形截面換熱管軋輥示例圖。
權利要求
1.交叉橢形截面換熱管，是由多個軸線相互交叉的橢形截面管段和兩端圓形截面管段及其過渡段組成，其特徵在於交叉橢形截面換熱管相臨橢形截面管段的橢形截面長軸軸線相互交叉一定的角度，優先選用公稱交叉角為90°和60°兩種。
2.根據權利要求1所述交叉橢形截面換熱管，其特徵在於交叉橢形截面換熱管的橢形截面形狀可以是標準橢圓形或近似橢圓形截面形狀，也可以是長圓形或多段圓弧擬合的具有長短徑的對稱和近似對稱的截面形狀；橢形截面的長、短軸軸徑之比A/B＝1.1-2.5，推薦選用A/B＝1.4-1.6。
3.根據權利要求1所述交叉橢形截面換熱管，其特徵在於交叉橢形截面換熱管的每段橢形截面管段長度S與基管外徑D之比S/D≤20，推薦選用S/D＝2-5；每段過渡段長度H與基管外徑D之比H/D≤2，且H/S≤0.5，推薦選用H/D＝0.1-0.5。
全文摘要
交叉橢形截面換熱管,是由多個軸線相互交叉的橢形截面管段和兩端圓形截面管段及其過渡段組成,其特徵在於交叉橢形截面換熱管的相臨橢形截面管段的橢形截面長軸軸線相互交叉一定的角度,優先選用公稱交叉角為90°和60°兩種。其優點是管內外強化傳熱作用顯著、流阻較小和成型簡單等優點。交叉橢形截面換熱管與普通光滑圓形截面換熱管相比,對於層流一般可提高傳熱係數2－3倍甚至更多,對於湍流一般可提高傳熱係數30%以上。
文檔編號F28F1/02GK1361406SQ0013612
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月26日 優先權日2000年12月26日
發明者孟繼安 申請人:孟繼安