CN103090714A - 一种整体斜针翅管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种整体斜针翅管，包括基管和针翅，所述针翅是在基管的外表面上直接经切削加工出的斜针翅，所述斜针翅与基管轴向呈小于90度的夹角。该发明专利适合于在竖直布置条件下强化蒸汽-空气混合气体的传热过程。当混合气体中蒸汽含量较高时，蒸汽在整体斜针翅管基管表面的凝液可顺着倾斜的针翅排出，这可减薄液膜在基管上的厚度以增强冷凝传热；而且，在重力与表面张力的双重作用下，蒸汽在斜针翅表面上很难形成较厚的液膜，这增强了二次传热面的冷凝传热能力。当混合气体中蒸汽含量较低时，斜针翅作为传热管的二次传热面有利于提高传热系数；而且斜针翅在基管上不连续分布可消除混合气体流动的滞止区。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种换热元件，具体地说是一种针翅管。
背景技术
对于压水堆核电站，预应力混凝土安全壳是防止放射性物质泄露的最后一道屏障。然而，在某些严重事故条件下，大量冷却剂（如水）从压力管路中喷放后变为水蒸气并排入安全壳内。随着水蒸气的进入，安全壳内由单一的空气转变为蒸汽-空气的混合气体；而且，对于安全壳这一封闭空间，大量水蒸气的进入将引起安全壳内气体温度与压力得升高。如果不能有效控制安全壳内蒸汽-空气混合气的温度和压力，安全壳的完整性将可能被破坏而导致放射性物质的释放。利用冷却***将因冷却剂喷放而带入安全壳内的能量导出是控制安全壳温度和压力升高的方法之一。
由于空气的自然对流传热系数较低，仅在1-10W/(m2K)的量级上。虽然蒸汽-空气混合物的传热系数较纯空气的有所提高，但仍然较低，而且明显地依赖混合气体中蒸汽或空气的含量。这意味着安全壳冷却***需要大量的传热面积；这对安全壳冷却***，特别是换热设备的设计、布置、安装带来较大的困难。对于蒸汽-空气混合气体，采用强化传热技术而使安全壳冷却***的换热设备小型化能较好地解决这一问题。然而，现存的强化传热技术，特别是强化传热元件并不适合这样的工况。例如，常规空冷器通常采用二维的高翅片管，而纯蒸汽冷凝传热强化技术往往从减薄传热管上的液膜的角度出发的，例如三维微肋管等。空冷器和纯蒸汽冷凝的的强化传热技术均不能较好地满足蒸汽与空气共存时的强化传热过程。
针翅管是一种新型的强化传热管，它的二次传热面是不连续的针状翅片，属于三维翅片管技术。它比二维的连续翅片管更加容易扰动流动边界层而增强传热。然而，现存的针翅管，例如专利申请号95207490.7和96209163.4的专利文件中公开的针翅管的针翅均垂直于基管表面，且均应用于石油化工油品的强化传热。当针翅管竖直布置时，针翅的作用仅限于提供更多的传热面积和扰动边界层的作用，但不能促进冷凝液从基管上的排出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅能通过增加二次传热面积强化传热，而且能通过对流体流动的扰动强化传热的整体斜针翅管。
本发明的目的是这样实现的：
包括基管和针翅，所述针翅是在基管的外表面上直接经切削加工出的斜针翅，所述斜针翅与基管轴向呈小于90度的夹角。
本发明还可以包括：
1、所述斜针翅在基管轴向上呈螺旋状排列。
2、斜针翅与基管轴向的角度为15-85°。
3、斜针翅在基管周向上均匀分布。
4、斜针翅的根部可相互连接在一起。
为了适应竖直布置条件下的蒸汽-空气混合气体传热过程，本发明在直针翅管的基础上，将垂直基管的针翅设计成倾斜状态。
本发明的斜针翅与基管的轴向形成一定的角度，而且斜针翅以一固定的螺距排列在基管的外表面上。由于斜针翅是从基管表面经切削加工而成，所以斜针翅与基管是同一种材料。这意味着斜针翅与基管之间不仅不存在接触热阻，而且可避免因材料不同而引起的腐蚀问题。
整体斜针翅管的针翅在周向上均匀地分布在基管的外表面上，而且，因针翅数目因基管的直径的不同而不同。斜针翅根部可相互连接在一起以减少凝结液顺基管下流，从而起到减薄液膜层以实现强化冷凝传热的效果。
本发明与现有技术相比，具有如下的特点：
1.整体斜针翅管采用较长的针翅，且针翅与直接经切削加工而成，它能在较大的范围内强化含大量不凝气体的蒸汽冷凝传热。
2.当蒸汽-空气混合气体中的蒸汽含量较高时，水蒸汽在斜针翅管基管表面凝结形成的凝结液可顺着倾斜的针翅排出。这可减薄液膜在基管上的厚度以增强冷凝传热。而且，当整体针翅管在竖直布置时，在重力与表面张力的双重作用下，蒸汽在斜针翅表面上凝结后很难形成较厚的液膜，这增强了针翅的冷凝传热能力。
3.当蒸汽-空气混合气体中的蒸汽含量较低时，蒸汽-空气的混合气体的传热系数接近空冷器的工况。整体斜针翅管的针翅作为传热管的二次传热面有利于增强传热系数。
4.整体斜针翅管的针翅在空间上（轴向、周向）具有不连续性，属于三维翅片管。在这些不连续的针翅之间，蒸汽和空气可自由地流动和扩散；这可消除其他二维连续翅片管面临的因翅片而产生的滞流区。
附图说明
图1整体斜针翅管纵剖图。
图2整体斜针翅管横剖图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
结合图1和图2，整体斜针翅管由基管2和针翅1组成，而且针翅1与基管2的轴向形成小于90°的夹角θ。
整体斜针翅管是在光滑圆管的基础上，利用连续切削加工方法直接在光滑管的外表面上加工出针翅1。针翅1以一定螺距p排列在基管2的外表面上。根据使用条件的需要，针翅1可以设计并加工成不同的高度H、不同的螺距p、不同的根部厚度t和不同的角度θ。
在蒸汽中含有大量空气时，斜针翅管的基本参数为：基管外径25-50mm，壁厚2-3mm，斜针翅高度5-15mm，螺距5-10mm，厚度1-2mm，针翅与基管轴向的角度为15-85°。
Claims (9)
1.一种整体斜针翅管，包括基管和针翅，其特征是：所述针翅是在基管的外表面上直接经切削加工出的斜针翅，所述斜针翅与基管轴向呈小于90度的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种整体斜针翅管，其特征是：所述斜针翅在基管轴向上呈螺旋状排列。
3.根据权利要求1或2所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅与基管轴向的角度为15-85°。
4.根据权利要求1或2所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅在基管周向上均匀分布。
5.根据权利要求3所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅在基管周向上均匀分布。
6.根据权利要求1或2所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅的根部可相互连接在一起。
7.根据权利要求3所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅的根部可相互连接在一起。
8.根据权利要求4所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅的根部可相互连接在一起。
9.根据权利要求5所述的一种整体斜针翅管，其特征是：斜针翅的根部可相互连接在一起。
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