不锈钢合金高效换热管,一种高效的异型换热管制造技术

一种高效异型换热管。 换热管包括：流道、第一管壁、第二管壁和第三管壁； 管材的截面形状由两个半径为25mm的相等圆外接而成； 换热管由正三角形排列和正六边形排列两种不同排列组成。 本实用新型专利技术换热管的独特形状，可增加湍流强度，强化换热效果，提高换热性能。 与普通圆管相比，换热系数提高近50%。 同时结构比较简单，不易结垢，结垢后清洗更方便。

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【技术实现步骤摘要】

该技术属于制冷/能源

，涉及一种高效异型换热管，特别是一种强化流体湍流，增加换热器换热面积密度的异型换热管。

技术介绍

异形换热管作为一种提高换热器效率的装置，近年来在能源/制冷/化工等领域得到广泛应用，但在设计制造上仍缺乏理论指导，实际应用中数据不足。 各厂家生产不同型号的异型换热管，但管材的可靠性尚无相关资料，试验数据也有待验证。 金尊龙（金尊龙，螺旋槽管强化传热三维数值模拟，郑州大学学报（工学版），2011，第6期：5-8）对螺旋管进行了三维数值模拟结果表明：随着深度的增加，螺旋槽管的传热性能增强，阻力系数相应增大； 随着螺距的增加，传热性能下降，阻力系数显着下降。 同时，大多数异型换热管采用焊接翅片来增加换热器的传热面积密度，以增强换热效果。 目前市场上的异型换热管大多存在易结垢、压降大、运行时存在内置或外置扰流突起等加工工艺复杂等缺陷。 因此，在后期的运行过程中，传热性能会大大降低。 提高换热器传热面积密度的方法是强化传热的常用方法，但复杂的结构导致沿程损失增加，进而导致系统能耗增加。

技术实现思路

本技术针对现有技术的不足和缺陷不锈钢合金高效换热管，提出了一种高效异型换热管。 该技术的技术方案包括增强换热器的密实度、减弱换热管路的结垢作用、加强扰动等措施。 具体技术方案为：（1）高效异型换热管。 换热管包括：流道、第一管壁、第二管壁和第三管壁； 管材的横截面形状由三个半径组成：两个25mm的相等圆外接成对； 换热管有两种不同的排列方式构成换热器； 第一种布置为等边三角形布置，管壁之间的位置关系为：任意一根管子的几何中心为旋转中心，其余3根相邻管道旋转对称布置，旋转角度为120°不锈钢合金高效换热管，相邻两管道的轴向中心距d为30-40mm； 第一流通区为一种工质，第二流通区为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换； 排列二：正六边形排列，以管子任意几何中心为旋转中心，其余6根相邻管子旋转对称排列，旋转角度为120°。 且相邻两管的轴向中心距d为37-45mm，第三流通区为一种工质，第四流通区为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换； 加热器的设计要求确定，管道材料为不锈钢。 (2)换热管的长度根据换热器的设计要求确定。 当换热管长度小于2m时，第一管壁、第二管壁和第三管壁的厚度为2mm； 换热管的长度大于2m，第一管壁、第二管壁和第三管壁的厚度为3mm。

(3)换热管的安装应按换热器的设计要求进行组装。 外接圆直径为30mm，呈正三角形排列，轴线距离d为30-40mm，传热面积密度B范围为550-/m3。 (4)换热管的安装应按换热器的设计要求进行组装。 外接圆直径为30mm，呈正六边形排列，轴线间距d为37-45mm，传热面积密度B在500-636m2/m3范围内。 (5)换热管根数根据换热负荷设计确定。 (6)管壳式换热器由换热管组成。 当换热器壳程流体入口直径a与换热管长度b之比小于0.2时，换热管壁面夹角沿进水方向布置流动。 . (7)在换热器的布置上，采用正三角形排列和正六边形排列，增大了换热表面积，提高了换热器的紧凑性； 流体从换热管外侧扫过管束，增加湍流度，强化传热。 (8)采用该技术的换热管不仅使管子不易结垢，而且换热器传热面积密度提高2-3倍； 弧形管壁增强了流体的湍流程度，实现了高效传热。 用途：采用光滑的管壁，减少了流体流经管道沿途的阻力损失，且易于清洗，降低了泵的输出功率，节约了能源。 (9)换热管呈等边三角形排列，传热面密度可达/m3，密实度大大提高，强化传热。 (10) 换热管呈正六边形排列，换热管错位，加强湍流传热程度。

基于以上特点，本技术所描述的高效异型换热管在换热能力相同的情况下，可以实现换热器的小型化； 换热管独特的形状会增加湍流强度，增强换热效果，改善传热性能，与普通圆管相比，传热系数提高了近50%。 同时结构比较简单，不易结垢，结垢后清洗更方便。 该技术为换热管高效传热的研究提供了一种新的思路，具有一定的指导意义。 附图说明图1是本发明高效异型换热管的结构示意图。 图2为正三角形换热管排列示意图； 图3为正六边形换热管排列示意图； 图1中，1、流向2、第一管壁； 3、第二管壁； 4、第三管壁； 图2中，正三角形排列：5，第一流通区，6，第二流通区； 在图3中，正面六个多边形的排列：7，第三流区，8，第四流区。 具体实施方式为使本技术实现的操作过程和创作特点易于理解，下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。 具体实施例1 管道的截面形状由三个半径为25mm的相等圆外接成对组成； 若设计要求B量程为550-/m3，则采用布置方式1：等边三角形布置，管壁间的位置关系为：以任意管道的几何中心为旋转中心，其余三根相邻管子旋转对称布置，旋转角度为120°，两根相邻管子的轴向中心距d为30-40mm，换热管的长度根据换热器的设计要求确定。 当换热管长度小于2m时，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度为2mm； 当换热管的长度大于2m时，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度为3mm； 当换热器壳程流体入口直径a与换热管长度b之比小于0.2时，换热管壁面夹角应沿流入流； 管道材料由不锈钢制成。

当呈等边三角形排列时，壳程流体扫过管壁。 由于管壁采用凹形结构，相邻两换热管壁之间的流道截面积发生变化，造成压力分布不均，流体产生湍流。 管壁处边界层变薄，流体传热阻力减小，传热效果增强。 采用光滑的管壁，减少了流体流经管道时的阻力损失，降低了泵的输出功率，节约了能源； 并且该技术综合考虑了现有管道设计的不足。 管道不易结垢，换热器换热面积密度提高2-3倍。 弧形管壁使流场更加混乱，达到高效传热的目的。 因此，综合以上，这种异型换热管可在相同的换热热条件下实现换热器的小型化，换热效果明显。 加工为异型换热管的高效传热研究提供了新的思路。 具体实施例二管道的横截面形状由三个半径为25mm的相等外接圆成对构成； 若设计要求B范围为500-636m2/m3，则采用第二种排列方式：正六边形排列，以任意管道几何形状为中心为旋转中心，其余6根相邻管道旋转对称布置，旋转角度为120°，相邻两管间距d为37-45mm。 换热管的长度根据换热器的设计要求确定。 当管长小于2m时，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度为2mm； 当换热管长度大于2m时，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度取3mm； 当换热器壳程流体入口直径a与换热管长度b之比小于0.2时，换热管壁面夹角沿进水方向布置流动; 管道材质为不锈钢。

当呈正六边形排列时，壳程流体扫过管壁，由于管壁采用凹形结构，相邻两根管子错位排列，当管外流体扫过管壁时，流体快速流过相交位置，管外流体通道面积的突变使流体产生涡流，加强流体湍流，增强传热效果。光滑的管壁减少了流体流经管道沿途的阻力损失，降低了泵的输出功率，节约了能源； 并且该技术综合考虑了现有管道设计的不足

【技术保护要点】

一种高效异型换热管，其特征在于：换热管包括：流道（1）、第一管壁（2）、第二管壁（3）、第三管壁（ 4); 形状由两个半径为25mm的相等圆外接而成； 换热管有两种不同的排列方式构成换热器； 第一种布置：正三角形布置，管壁之间的位置关系为：任意一个管子的几何中心为旋转中心，其余三个相邻管子旋转对称布置，旋转角度为120°，以及相邻两管的轴向中心距d为30-40mm； 第一流区（5）内为工质，第二流区（6）为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换。 排列二：正六边形排列，以管道任意几何中心为旋转中心，其余6根相邻管子旋转对称排列，旋转角度为120°，相邻两根管子的轴向中心距d为37 -45 毫米。 第三流通区（7）为一种工质，第四流通区（8）介质为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换； 管路长度根据换热器的设计要求确定，管路材质为不锈钢。

【技术特点概要】

1.一种高效异型换热管，其特征在于换热管包括：流道(1)、第一管壁(2)、第二管壁(3)、第三管壁(4)； 管材的截面形状由两个成对外接的半径为25mm的相等圆构成； 换热管有两种不同的排列方式构成换热器； 第一种布置：正三角形布置，管壁之间的位置关系为：以任一根管子的几何中心为旋转中心，其余相邻三根管子旋转对称布置，旋转角度为120°，相邻两管的轴向中心距d为30-40mm； 第一流通区（5）内为一种工质，第二流通区（6）内为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换； 排列方式二：正六边形排列，以管道任意几何中心为旋转中心，其余6条相邻管道呈旋转对称排列，旋转角度为120°，相邻两管道的轴向中心距d为37- 45 毫米。 第三流通区（7）为一种工质，第四流通区（8）为另一种工质，两种工质通过管壁进行热交换； 管路长度根据换热器的设计要求确定，管路材质为不锈钢。 2.如权利要求1所述的一种高效异型换热管，其特征在于：换热管的长度根据换热器的设计要求确定，换热…

【专利技术性质】

技术研发人员：王金峰、李文军、谢静、许民生、李义哲、

申请人（专利权）：上海海洋大学，

类型：新

其他省市：上海； 31

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