CN104197753A - 冷凝器用换热管 - Google Patents

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王进强
陈焕焯
武震国
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Abstract

本发明公开了一种冷凝器用换热管，它包括管体以及设置在该管体内表面上的若干条螺旋肋，每相邻的两条螺旋肋之间均形成有一条螺旋形的槽道，所述螺旋肋上设置有若干个沿螺旋肋长度方向间隔分布的缺口。本发明这种冷凝器用换热管具有较高管内换热系数，相比于传统换热管，其管内换热系数可以提高6～10％。

Description

冷凝器用换热管
技术领域
本发明涉及一种冷凝器用换热管。
背景技术
一般来讲，中央空调机***使用的管壳式冷凝换热器的工作原理是：管内流动低温流体，一般为水；管外侧的高温蒸汽与管壁接触后，发生相变，形成凝结液体，同时释放出潜热，与管内的低温流体进行热交换。通常条件下，从冷水到管外蒸汽之间的传热，包括几部分热阻，总传热系数包括管内换热系数和管外的换热系数。由于管外侧的凝结相变换热过程中潜热的释放，其换热系数较高，而通过提高管内换热系数的方法可以进一步提高冷凝换热管的换热系数，为了强化管内对流换热，目前市场常用有螺旋槽道；具体形状如下所述：内表面两根突出的肋之间形成槽道，内表面肋具有一定螺旋角(肋条与轴线夹角)。在管内流动过程中，螺旋肋起到了粗糙元的作用，当管内流体流过与壁面进行换热时，最大的热阻在于湍流边界层的粘性底层。在粘性底层内，动量与热量的传递过程主要依靠分子间的振动与扩散。但是当壁面具有螺旋肋条时，粘性底层内流体与螺旋肋顶部边缘发生碰撞，产生湍动，甚至产生小涡旋，湍动或者小的涡旋加大了动量与热量的传递，强化了管内的换热。据研究，肋条的高度过低，淹没在粘性底层内，则不产生作用；肋条高度过高，则产生的湍动或小涡不能达到底层，强化效果降低，而且增加了流动压降。
众所周知，流动边界层的厚度与水的流速相关，流速越大，边界层越薄；反之，边界层则厚。在实际应用中，工况是变化的，即流速发生变化，而目前管内的螺旋肋不能适应各种雷诺数下的边界层厚度变化。另外一方面，目前的管内螺旋肋属于二维粗糙元强化换热措施，如能将其改造成三维粗糙元的几何形状，则会大大提高强化效果。
发明内容
本发明目的是：针对传动降膜蒸发换热管的不足，提供一种具有较高管内换热系数的冷凝器用换热管。
本发明的技术方案是：所述的冷凝器用换热管，包括管体以及设置在该管体内表面上的若干条螺旋肋，每相邻的两条螺旋肋之间均形成有一条螺旋形的槽道，所述螺旋肋上设置有若干个沿螺旋肋长度方向间隔分布的缺口。
本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述缺口的形状为梯形。
所述缺口包括深度较大的深缺口和深度较小的浅缺口，且所述深缺口和浅缺口在所述螺旋肋上间隔交替分布。
所述深缺口深度为所述浅缺口深度的二倍。
所述深缺口的深度为0.2～0.4mm，口沿处的宽度为0.3～0.6mm；所述浅缺口的深度为0.1～0.25mm，口沿处的宽度为0.2～0.4mm。
所述缺口在所述螺旋肋上均匀间隔分布。
相邻两缺口之间的距离为0.7～1.2mm。
所述螺旋肋的数量为20～70条，螺旋肋的横截面为梯形或者三角形，高度为0.3～0.5mm，螺旋肋的螺旋角20～55度。
所述管体的外表面还设置有若干个螺旋形的外翅片，所述外翅片上设置有若干个沿外翅片长度方向间隔分布的三角形缺口，所述三角形缺口的深度为0.1～0.4mm，每个外翅片上共设置有50～130个三角形缺口。
所述外翅片的高度为0.5～1.2mm，相邻两外翅片的间距为0.45～1.4mm。
本发明的优点是：本发明为了创造三维粗糙元的强化表面，在换热管内的螺旋肋上设置了多个缺口。同时为了适应各种流动速度下的工况下粘性底层厚度不同的现象，该缺口的深度不同，并规则排列。其充分发展湍流边界层的强化措施，利用边界层内流体与螺旋肋的接触中产生的湍流度，甚至产生的小涡增加粘性底层内的动量与能量的传递。当螺旋肋设置多个缺口后，形成多个尖角，在流体与这些尖角的碰撞中，产生的湍流度更大，小涡更多，因而改善了粘性底层内的动量与能量传递，增强了管内水与换热管壁面间的传热效果，进一步改善了冷凝管的整体换热效果。由于缺口的深度与开口宽度的不同，可以适应在各种流速条件下粘性底层厚度的不同的情况，因而本发明的冷凝管可以适应不同的工况条件。
附图说明
图1为本发明这种冷凝器用换热管的结构示意图之一；
图2为本发明这种冷凝器用换热管的结构示意图之二；
图3为本发明这种冷凝器用换热管的结构示意图之三；
其中：1-管体，2-螺旋肋，3-槽道，4-缺口，5-外翅片，6-三角形缺口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例：
图1～图3示出了本发明这种冷凝器用换热管的一个具体实施例，同传统换热管无异的是，该换热管也包括管体1，该管体1的内表面设置有多条条螺旋肋2(螺旋形的肋板)，这些螺旋肋2相互平行分布，每相邻的两条螺旋肋2之间均形成有一条螺旋形的槽道3。本例中，该管体1为圆形。
本实施例的关键改进在于：所述螺旋肋2上设置有若干个沿螺旋肋2长度方向间隔分布的缺口4，而且本例中该缺口4的形状为梯形。
其工作原理如下：充分发展湍流边界层的强化措施，利用边界层内流体与螺旋肋2的接触中产生的湍流度，甚至产生的小涡增加粘性底层内的动量与能量的传递。当螺旋肋2上设置多个梯形缺口后，就会在螺旋肋上形成多个尖角，在流体与这些尖角的碰撞中，产生的湍流度更大，小涡更多，因而改善了粘性底层内的动量与能量传递，增强了管内水与换热管壁面间的传热效果，进一步改善了冷凝管的整体换热效果。螺旋肋2上设置的缺口创造了三维粗糙元的强化表面。
并且，在本实施例中上述各个缺口4的尺寸并非全部一样，它们包括深度较大的深缺口和深度较小的浅缺口，且所述深缺口和浅缺口在所述螺旋肋2上间隔交替分布。如此设置的好处在于：由于梯形缺口的深度不同，并规则排列，可以适应在各种流速条件下粘性底层厚度的不同的情况，使得该冷凝管可以适应不同的工况条件。
研究表明，当所述深缺口的深度为所述浅缺口深度的二倍时，换热管对不同工况条件的适应性较好。而且当所述深缺口的深度为0.2～0.4mm，口沿处的宽度为0.3～0.6mm；所述浅缺口的深度为0.1～0.25mm，口沿处的宽度为0.2～0.4mm时，换热管对不同工况的适应性进一步提高。
如果所述深缺口口沿处的宽度与所述浅缺口口沿处的宽度设置为不同值时，可以是的该换热管更好地适应在各种流速条件下粘性底层厚度的不同的情况，以更好地适应不同的工况条件。
试验的结果表明，本实施例这种换热管的管内换热系数比常规换热管可以提高6～10％。
此外，为了进一步提高该换热管的管内换热系数，本实施例还采用了如下技术措施：所述缺口4在所述螺旋肋2上均匀间隔分布。相邻两缺口4之间的距离为0.7～1.2mm。所述螺旋肋2的数量为20～70条，螺旋肋2的横截面为梯形或者三角形，高度为0.3～0.5mm，螺旋肋2的螺旋角20～55度。
另外，为了进一步提高该换热管的管外换热系数，本例在所述管体1的外表面还设置有若干个(一般为两到三个)螺旋形的外翅片5，每个外翅片5上设置有50～130个沿外翅片5长度方向间隔分布的三角形缺口6，所述三角形缺口6的深度为0.1～0.4mm。所述外翅片5的高度为0.5～1.2mm，相邻两外翅片5的间距为0.45～1.4mm。

Claims (10)

1.一种冷凝器用换热管，包括管体(1)以及设置在该管体(1)内表面上的若干条螺旋肋(2)，每相邻的两条螺旋肋(2)之间均形成有一条螺旋形的槽道(3)，其特征在于：所述螺旋肋(2)上设置有若干个沿螺旋肋(2)长度方向间隔分布的缺口(4)。
2.根据权利要求1所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述缺口(4)的形状为梯形。
3.根据权利要求2所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述缺口(4)包括深度较大的深缺口和深度较小的浅缺口，且所述深缺口和浅缺口在所述螺旋肋(2)上间隔交替分布。
4.根据权利要求3所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述深缺口深度为所述浅缺口深度的二倍。
5.根据权利要求3所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述深缺口的深度为0.2～0.4mm，口沿处的宽度为0.3～0.6mm；所述浅缺口的深度为0.1～0.25mm，口沿处的宽度为0.2～0.4mm。
6.根据权利要求5所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述缺口(4)在所述螺旋肋(2)上均匀间隔分布。
7.根据权利要求6所述的冷凝器用换热管，其特征在于：相邻两缺口(4)之间的距离为0.7～1.2mm。
8.根据权利要求1所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述螺旋肋(2)的数量为20～70条，螺旋肋(2)的横截面为梯形或者三角形，高度为0.3～0.5mm，螺旋肋(2)的螺旋角20～55度。
9.根据权利要求1所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述管体(1)的外表面还设置有若干个螺旋形的外翅片(5)，所述外翅片(5)上设置有若干个沿外翅片(5)长度方向间隔分布的三角形缺口(6)，所述三角形缺口(6)的深度为0.1～0.4mm，每个外翅片(5)上共设置有50～130个三角形缺口(6)。
10.根据权利要求9所述的冷凝器用换热管，其特征在于：所述外翅片(5)的高度为0.5～1.2mm，相邻两外翅片(5)的间距为0.45～1.4mm。
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