翼片/螺旋片組合式雙管換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于換熱強化和換熱器領域，主要應用于化工、環保、能源等行業的翼片/螺旋片組合式雙管換熱器。
【背景技術】
[0002]雙管式換熱器由于其結構簡單，工作適應范圍大，傳熱面積增減方便，兩側流體可提高流速，傳熱面兩側有較高的傳熱系數，因此廣泛應用于超高壓生產過程、激光機冷卻、食品、化工及能源等行業中。雙管式換熱器分為內管和外管兩部分，通過管壁進行熱量交換。工業中普遍采用的由兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管的結構形式，該結構形式存在很多弊端，主要表現為:(1)金屬耗量大；(2)由于管壁均為光滑管壁，因此流體呈層流狀態，不利于換熱；(3)流體在壁面形成的邊界層大大影響了換熱效果。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提高換熱效率，以高能行業換熱設備的節能減排為出發點，基于溫度場和速度場的協同原理。
[0004]—種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，包括外套管、內管，其特征是內管與外套管之間設置螺旋片，內管內腔設置內插片，內插片上設有三角翼，三角翼與內插片成Θ角度，相鄰兩個三角翼分別位于內插片的上表面和下表面。
[0005]所述內插片設有三角孔。
[0006]所述Θ角為10°?80°。
[0007]第一介質由外套管入口進入，經過外套管與內管及螺旋片之間形成的螺旋通道，最后由外套管出口流出;第二介質由內管入口進入，流經內插片由內管出口流出。
[0008](I)在內管中交錯布置的三角翼的內插片，流體流經三角翼時，其前后壓差促使二次流形成，從而在三角翼的下游形成了與主流方向垂直的縱向渦，該流動結構增強了流體擾動，減薄了翅片表面的流體邊界層，增強了溫度和速度場的協同性，從而強化了換熱；
(2)內外管環隙中設置螺旋片，流體在螺旋片的引導下，斜向沖刷內管外外壁面，內管外壁面的邊界層進一步減薄，使得兩種流體的換熱大大增強；
由于螺旋片的作用，管內流體呈明顯的螺旋流動，該流動結構引起管內流體的徑向流動，從而促進主體流體和壁面邊界層流體充分混合，減薄了管壁面的流體邊界層。
[0009]與傳統結構相比，本發明能使在相同的換熱量下，換熱面積減小15%，初投資鋼材消耗量減少;總傳熱系數提高22%?26%ο
[0010]在內插板的上下分別形成了縱向渦對，使得在垂直于流動方向的截面上形成了強烈的二次流。由于二次流在內管中形成了沖向內管管內壁壁面的徑向流動，徑向流動使得更多區域等溫線與速度矢量接近垂直，也就是說局部的流速和溫度梯度接近于平行，使得溫度場和速度場的到更好協同，從而強化了傳熱。
[0011]總之，本發明換熱效率高，結構簡單，適用范圍廣，占地面積少、不易結垢。本發明廣泛應用于石油化工和暖通空調行業，能夠取得顯著的節能效果，符合高能行業節能減排的需求，具有良好的社會效益和經濟效益。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的外套管示意圖；
圖2為本發明的內管示意圖；
圖3為本發明的內插片示意圖；
圖4為本發明的內插片另一方向示意圖；
圖5為本發明的螺旋片示意圖。
[0013]圖6為本發明的組裝示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0015]參見圖1、圖2、圖3、圖4，一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，包括外套管I以及連接在內管2的螺旋片3，外套管I套在螺旋片3外圍。外套管I設有外管出口 5，內管2的內腔設有內插片6。
[0016]內插片6等距離設有三角孔，三角孔10位置設有三角翼，三角翼分別位于內插片6的上表面和下表面，三角翼和下三角翼;三角翼與內插片6之間成Θ角，相鄰兩個三角翼分別位于內插片6的上表面和下表面，即向內插片的不同方向沖出。
[0017]相鄰兩個三角孔之間的間距是0.2?2倍內管直徑；
第一介質由外管入口 4進入，經設置于環隙中的螺旋片3形成的螺旋通道，最后由外管出口 5流出。第二種介質由內管入口 8進入，流經內插片6由內管出口 9流出。
[0018]本發明換熱器環隙采用螺旋通道，并在內管內置帶有三角翼的插片，不僅進一步減薄了內管各壁面的邊界層，而且在內管內增強了流體擾動，形成二次流，大大強化了換熱。
[0019]由于螺旋片的作用，管內流體呈明顯的螺旋流動，該流動結構引起管內流體的徑向流動，從而促進主體流體和壁面邊界層流體充分混合，減薄了管壁面的流體邊界層。
[0020]在內管內，流體在交替布置的三角翼的作用下，在內插板的上下分別形成了縱向渦對，使得在垂直于流動方向的截面上形成了強烈的二次流。由于二次流，在內管中形成了沖向內管管內壁壁面的徑向流動，徑向流動使得更多區域等溫線與速度矢量接近垂直，也就是說局部的流速和溫度梯度接近于平行，使得溫度場和速度場的到更好協同，從而強化了傳熱。
[0021]介質由外管入口4進入，經設置于環隙中的螺旋片形成的螺旋通道，最后由外管出口 5流出。
[0022]流體從內管入口8進入內管，由內管出口 9流出。由于二次流，使流體在內管2中形成了沖向內管2管壁的徑向流動，徑向流動使得更多區域等溫線與速度矢量接近垂直，也就是說局部的流速和溫度梯度接近于平行，使得溫度場得到更好協同，從而強化傳熱。
[0023]在內插片6上沖壓出三角翼7，三角翼7與內插片6成一定角度Θ，相鄰兩三角翼7分別向內插片的不同方向沖出，并相隔一定間距。
[0024]流體在交替布置的三角翼7作用下，在內插片6的上下分別形成了縱向渦對，使得在垂直于流動方向的截面上形成的強烈的二次流。
[0025]環隙中的螺旋片3形成的螺旋通道，流體沿螺旋片3形成螺旋流動，從而斜向沖刷內管壁，減薄內管外壁處的邊界層。
【主權項】
1.一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，包括外套管(I)、內管(2)，其特征是內管(2)與外套管(I)之間設置螺旋片(3)，內管(2)內腔設置內插片(6)，內插片(6)上設有三角翼(7)，三角翼(7)與內插片(6)成Θ角度，相鄰兩個三角翼(7)分別位于內插片的上表面和下表面。2.根據權利要求1所述一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征是所述內插片(6)設有三角孔(10)。3.根據權利要求1所述一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征是所述Θ角為10°?80。。4.根據權利要求1所述一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征是第一介質由外套管入口(4)進入，經過外套管(I)與內管及螺旋片(3)之間形成的螺旋通道，最后由外套管出口(5)流出;第二介質由內管入口(8)進入，流經內插片(6)由內管出口(9)流出。5.根據權利要求1所述的翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征在于:流體沿螺旋片(3)形成螺旋流動，斜向沖刷內管內壁，減薄內管外壁的邊界層。6.根據權利要求1所述的翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征在于:流體在三角翼(7)作用下，在內插片(6)的上下分別形成了縱向渦對，使得在垂直于流動方向的截面上形成強烈的二次流。7.根據權利要求1所述的翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征在于:二次流使流體在內管(2)中形成了沖向內管(2)管壁的徑向流動，徑向流動使得更多區域等溫線與速度矢量垂直，使溫度場得到更好協同，從而強化傳熱。8.根據權利要求1所述的翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，其特征在于:二次流使流體在內管(2)中形成了沖向內管(2)管壁的徑向流動，局部的流速和溫度梯度平行，使溫度場得到更好協同，從而強化傳熱。
【專利摘要】一種翼片/螺旋片組合式雙管換熱器，屬于換熱強化和換熱器領域，它包括外套管、內管，其特征是內管與外套管之間設置螺旋片，內管內腔設置內插片，內插片上設有三角翼，三角翼與內插片成<i>θ</i>角度，相鄰兩個三角翼分別位于內插片的上表面和下表面。本發明換熱器環隙采用螺旋通道，并在內管內置帶有三角翼的插片，不僅進一步減薄了內管各壁面的邊界層，而且在內管內增強了流體擾動，形成二次流，大大強化了換熱。因此本發明具有換熱效率高，初投資少，相同換熱量下泵功消耗低，結構緊湊，占地面積少，不易結垢，使用壽命長等特點。
【IPC分類】F28F1/36, F28D7/10
【公開號】CN105571356
【申請號】CN201610030343
【發明人】雷勇剛, 景勝藍, 王飛, 李亞子
【申請人】太原理工大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月18日