[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101281005A [43]公开日2008年10月8日
[21]申请号200810018045.6[22]申请日2008.04.25
[21]申请号200810018045.6
[71]申请人西安交通大学
地址710049陕西省西安市咸宁路28号
[72]发明人何雅玲 李瑞 雷勇刚 楚攀 [74]专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司代理人张震国
[51]Int.CI.F28F 1/12 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页
[54]发明名称
[57]摘要
周向均匀分布的由基管内壁向管外凸起的球冠状丁
胞组成的丁胞组，若干丁胞组沿基管流动方向均匀
分布。由于本发明在基管上设置有突起的丁胞能够
有效地增加管内的传热面积；规律性地破坏管内壁
的边界层；并且在很大程度上增加了管内流体的湍
流度，进而提高了管侧换热系数；同时，其换热量
增加的比例大于阻力增加的比例，从而达到了提高
综合换热性能的效果。
200810018045.6权 利 要 求 书第1/1页
1、一种丁胞型强化换热管，其特征在于：包括基管(1)以及沿基管(1)周向均匀分布的由基管(1)内壁向管外凸起的球冠状丁胞(2)组成的丁胞组，若干丁胞组沿基管(1)流动方向均匀分布。
2、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的丁胞处的基管(1)横截面为梅花形，其余横截面为圆形。
3、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的丁胞(2)的投影直径d为1mm～5mm。
4、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的沿基管(1)周向分布的丁胞(2)之间的角度间隔θ为10°～120°。
5、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的沿基管(1)流动方向的丁胞组的间隔p为1mm～10mm。
6、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的丁胞(2)的半径r为0.5～2.5mm。
7、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的丁胞(2)的高度h为0.1～1mm。
8、根据权利要求1所述的丁胞型强化换热管，其特征在于：所说的丁胞组的排列方式为顺排或插排。
200810018045.6说 明 书第1/4页
丁胞型强化换热管
技术领域
本发明涉及一种应用于能源动力、石油化工和核反应堆等领域的流体冷却器、加热器或空压机中冷器中的化换热管，具体涉及一种丁胞型强化换热管。
背景技术
换热器广泛应用于石油化工、能源动力等工业部门，而换热管是其中重要的组成部分。对于目前使用的传统的光滑换热管，由于沿着流体流动的方向，流体在壁面形成的边界层会逐渐增厚，使速度和温度梯度的协同性变差，从而会使换热性能下降。
丁胞型强化管是利用粗糙元结构强化传热技术而制成的新型高效换热管。丁胞结构的工程实现非常简单，至今有一些相关的专利和文献对管道内布置丁胞的流动和传热情况进行了研究。专利2293790Y公开了一种球面形换热管，是在原有光滑换热管的管壁上碾压出球面型凹凸而成。专利200989745Y提出了一种凹型换热管，在管体的外圆周面沿轴上下对称且均匀分布了圆弧凹坑。专利1740729A涉及了一种热水器换热管，其在管段内壁表面或在处于流体进口处附近的管段内壁表面，设有多个向内突起部。文献[1][文献1：G.V.P e d r o.E x p e r i m e n t a l s t u d y o f m i x e d convection and pressure drop in hel ically dimpled tubes for laminar and trans it ion flow，Internat ional Journal of Heat and Mass Transfer 45(2002)5091-5105]实验研究了一种管内螺旋布置凹坑结构的强化换
热管。文献[2][文献2：P.J M a r t o.A n e x p e r i m e n t a l c o m p a r i s o n o f enhanced heat transfer condenser tubing，Advances in Enhanced Heat Transfer，ASME，New York，(1979)1-9]通过实验比较了换热管内分别布置凹坑和螺纹的差异。文献[3][文献3：E.K.Kalinin.Comprehensive study of heat transfer enhancement in tubular heat exchangers，T h e r m a l F l u i d E n g i n e e r i n g.4(1991)656-666]分析了在管式换热器中管路内分布凹坑的综合换热性能。值得注意的是，以上的专利和文献研究均为丁胞的球冠方向为管内凹的结构，该结构减小了局部的流通面积，使得阻力增加较大。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能够既可以节约金属管材和降低设备费用，又能显著地提高热能利用效率，而且制造工艺简单的丁胞型强化换热管。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括基管以及沿基管周向均匀分布的由基管内壁向管外凸起的球冠状丁胞组成的丁胞组，若干丁胞组沿基管流动方向均匀分布。
本发明的丁胞处的基管横截面为梅花形，其余横截面为圆形；丁胞的投影直径d为1m m～5m m；沿基管周向分布的丁胞之间的角度间隔θ为10°～120°；沿基管流动方向的丁胞组的间隔p为1m m～10m m；丁胞的半径r为0.5～2.5m m；丁胞的高度h为0.1～1m m；丁胞组的排列方式为顺排或插排。
本发明在基管上设置有突起的丁胞能够有效地增加管内的传热面积；增强换热的同时，其阻力增加较小，实现了换热增强的比例大于阻力增加
的比例，规律性地破坏管内壁的边界层；并且在很大程度上增加了管内流体的湍流度，进而提高了管侧换热系数；同时，其换热量增加的比例大于阻力增加的比例，从而达到了提高综合换热性能的效果。
附图说明
图1是本发明的三维示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明两种不同丁胞排列方式的示意图；
图4是根据本发明优化设计的一种强化换热管与光管综合换热性能比较图，具体参数见表1。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，参见图1，2，本发明包括基管1以及沿基管1周向均匀分布的由基管1内壁向管外凸起的球冠状
丁胞2组成的丁胞组，若干丁胞组沿基管1流动方向均匀分布，丁胞处的基管1横截面为梅花形，其余横截面为圆形；由于丁胞的存在，流动通道为周期性凹凸通道，其中，“L”为基管1的管长，“D”为基管1的直径；丁胞突起的高度h为0.1～1m m；丁胞球冠的半径r为0.5～2.5m m；丁胞的投影直径d为1m m～5m m，周向相邻丁胞的角度θ为10°～120°，流动方向的丁胞组之间距离p为1m m～10mm。
参见图3，图3是两种不同布置方式的丁胞换热管，排列方式分别为“顺排”和“差排”。
图4是本发明采用下表的丁胞尺寸和布置方式下，强化换热管与光管换热性能比较图，横坐标是雷诺数，纵坐标是强化换热管和光管的努谢尔
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