一種高效異型換熱管。 換熱管包括：流道、第一管壁、第二管壁和第三管壁； 管材的截面形狀由兩個(gè)半徑為25mm的相等圓外接而成； 換熱管由正三角形排列和正六邊形排列兩種不同排列組成。 本實(shí)用新型專利技術(shù)換熱管的獨(dú)特形狀，可增加湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化換熱效果，提高換熱性能。 與普通圓管相比，換熱系數(shù)提高近50%。 同時(shí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不易結(jié)垢，結(jié)垢后清洗更方便。

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【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

該技術(shù)屬于制冷/能源

，涉及一種高效異型換熱管，特別是一種強(qiáng)化流體湍流，增加換熱器換熱面積密度的異型換熱管。

技術(shù)介紹

異形換熱管作為一種提高換熱器效率的裝置，近年來(lái)在能源/制冷/化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在設(shè)計(jì)制造上仍缺乏理論指導(dǎo)，實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)不足。 各廠家生產(chǎn)不同型號(hào)的異型換熱管，但管材的可靠性尚無(wú)相關(guān)資料，試驗(yàn)數(shù)據(jù)也有待驗(yàn)證。 金尊龍（金尊龍，螺旋槽管強(qiáng)化傳熱三維數(shù)值模擬，鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2011，第6期：5-8）對(duì)螺旋管進(jìn)行了三維數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著深度的增加，螺旋槽管的傳熱性能增強(qiáng)，阻力系數(shù)相應(yīng)增大； 隨著螺距的增加，傳熱性能下降，阻力系數(shù)顯著下降。 同時(shí)，大多數(shù)異型換熱管采用焊接翅片來(lái)增加換熱器的傳熱面積密度，以增強(qiáng)換熱效果。 目前市場(chǎng)上的異型換熱管大多存在易結(jié)垢、壓降大、運(yùn)行時(shí)存在內(nèi)置或外置擾流突起等加工工藝復(fù)雜等缺陷。 因此，在后期的運(yùn)行過(guò)程中，傳熱性能會(huì)大大降低。 提高換熱器傳熱面積密度的方法是強(qiáng)化傳熱的常用方法，但復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致沿程損失增加，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)能耗增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

本技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷不銹鋼合金高效換熱管，提出了一種高效異型換熱管。 該技術(shù)的技術(shù)方案包括增強(qiáng)換熱器的密實(shí)度、減弱換熱管路的結(jié)垢作用、加強(qiáng)擾動(dòng)等措施。 具體技術(shù)方案為：（1）高效異型換熱管。 換熱管包括：流道、第一管壁、第二管壁和第三管壁； 管材的橫截面形狀由三個(gè)半徑組成：兩個(gè)25mm的相等圓外接成對(duì)； 換熱管有兩種不同的排列方式構(gòu)成換熱器； 第一種布置為等邊三角形布置，管壁之間的位置關(guān)系為：任意一根管子的幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余3根相鄰管道旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)角度為120°不銹鋼合金高效換熱管，相鄰兩管道的軸向中心距d為30-40mm； 第一流通區(qū)為一種工質(zhì)，第二流通區(qū)為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換； 排列二：正六邊形排列，以管子任意幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余6根相鄰管子旋轉(zhuǎn)對(duì)稱排列，旋轉(zhuǎn)角度為120°。 且相鄰兩管的軸向中心距d為37-45mm，第三流通區(qū)為一種工質(zhì)，第四流通區(qū)為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換； 加熱器的設(shè)計(jì)要求確定，管道材料為不銹鋼。 (2)換熱管的長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定。 當(dāng)換熱管長(zhǎng)度小于2m時(shí)，第一管壁、第二管壁和第三管壁的厚度為2mm； 換熱管的長(zhǎng)度大于2m，第一管壁、第二管壁和第三管壁的厚度為3mm。

(3)換熱管的安裝應(yīng)按換熱器的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝。 外接圓直徑為30mm，呈正三角形排列，軸線距離d為30-40mm，傳熱面積密度B范圍為550-/m3。 (4)換熱管的安裝應(yīng)按換熱器的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝。 外接圓直徑為30mm，呈正六邊形排列，軸線間距d為37-45mm，傳熱面積密度B在500-636m2/m3范圍內(nèi)。 (5)換熱管根數(shù)根據(jù)換熱負(fù)荷設(shè)計(jì)確定。 (6)管殼式換熱器由換熱管組成。 當(dāng)換熱器殼程流體入口直徑a與換熱管長(zhǎng)度b之比小于0.2時(shí)，換熱管壁面夾角沿進(jìn)水方向布置流動(dòng)。 . (7)在換熱器的布置上，采用正三角形排列和正六邊形排列，增大了換熱表面積，提高了換熱器的緊湊性； 流體從換熱管外側(cè)掃過(guò)管束，增加湍流度，強(qiáng)化傳熱。 (8)采用該技術(shù)的換熱管不僅使管子不易結(jié)垢，而且換熱器傳熱面積密度提高2-3倍； 弧形管壁增強(qiáng)了流體的湍流程度，實(shí)現(xiàn)了高效傳熱。 用途：采用光滑的管壁，減少了流體流經(jīng)管道沿途的阻力損失，且易于清洗，降低了泵的輸出功率，節(jié)約了能源。 (9)換熱管呈等邊三角形排列，傳熱面密度可達(dá)/m3，密實(shí)度大大提高，強(qiáng)化傳熱。 (10) 換熱管呈正六邊形排列，換熱管錯(cuò)位，加強(qiáng)湍流傳熱程度。

基于以上特點(diǎn)，本技術(shù)所描述的高效異型換熱管在換熱能力相同的情況下，可以實(shí)現(xiàn)換熱器的小型化； 換熱管獨(dú)特的形狀會(huì)增加湍流強(qiáng)度，增強(qiáng)換熱效果，改善傳熱性能，與普通圓管相比，傳熱系數(shù)提高了近50%。 同時(shí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不易結(jié)垢，結(jié)垢后清洗更方便。 該技術(shù)為換熱管高效傳熱的研究提供了一種新的思路，具有一定的指導(dǎo)意義。 附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明高效異型換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為正三角形換熱管排列示意圖； 圖3為正六邊形換熱管排列示意圖； 圖1中，1、流向2、第一管壁； 3、第二管壁； 4、第三管壁； 圖2中，正三角形排列：5，第一流通區(qū)，6，第二流通區(qū)； 在圖3中，正面六個(gè)多邊形的排列：7，第三流區(qū)，8，第四流區(qū)。 具體實(shí)施方式為使本技術(shù)實(shí)現(xiàn)的操作過(guò)程和創(chuàng)作特點(diǎn)易于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。 具體實(shí)施例1 管道的截面形狀由三個(gè)半徑為25mm的相等圓外接成對(duì)組成； 若設(shè)計(jì)要求B量程為550-/m3，則采用布置方式1：等邊三角形布置，管壁間的位置關(guān)系為：以任意管道的幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余三根相鄰管子旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)角度為120°，兩根相鄰管子的軸向中心距d為30-40mm，換熱管的長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定。 當(dāng)換熱管長(zhǎng)度小于2m時(shí)，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度為2mm； 當(dāng)換熱管的長(zhǎng)度大于2m時(shí)，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度為3mm； 當(dāng)換熱器殼程流體入口直徑a與換熱管長(zhǎng)度b之比小于0.2時(shí)，換熱管壁面夾角應(yīng)沿流入流； 管道材料由不銹鋼制成。

當(dāng)呈等邊三角形排列時(shí)，殼程流體掃過(guò)管壁。 由于管壁采用凹形結(jié)構(gòu)，相鄰兩換熱管壁之間的流道截面積發(fā)生變化，造成壓力分布不均，流體產(chǎn)生湍流。 管壁處邊界層變薄，流體傳熱阻力減小，傳熱效果增強(qiáng)。 采用光滑的管壁，減少了流體流經(jīng)管道時(shí)的阻力損失，降低了泵的輸出功率，節(jié)約了能源； 并且該技術(shù)綜合考慮了現(xiàn)有管道設(shè)計(jì)的不足。 管道不易結(jié)垢，換熱器換熱面積密度提高2-3倍。 弧形管壁使流場(chǎng)更加混亂，達(dá)到高效傳熱的目的。 因此，綜合以上，這種異型換熱管可在相同的換熱熱條件下實(shí)現(xiàn)換熱器的小型化，換熱效果明顯。 加工為異型換熱管的高效傳熱研究提供了新的思路。 具體實(shí)施例二管道的橫截面形狀由三個(gè)半徑為25mm的相等外接圓成對(duì)構(gòu)成； 若設(shè)計(jì)要求B范圍為500-636m2/m3，則采用第二種排列方式：正六邊形排列，以任意管道幾何形狀為中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余6根相鄰管道旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)角度為120°，相鄰兩管間距d為37-45mm。 換熱管的長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定。 當(dāng)管長(zhǎng)小于2m時(shí)，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度為2mm； 當(dāng)換熱管長(zhǎng)度大于2m時(shí)，第一管壁2、第二管壁3和第三管壁4的厚度取3mm； 當(dāng)換熱器殼程流體入口直徑a與換熱管長(zhǎng)度b之比小于0.2時(shí)，換熱管壁面夾角沿進(jìn)水方向布置流動(dòng); 管道材質(zhì)為不銹鋼。

當(dāng)呈正六邊形排列時(shí)，殼程流體掃過(guò)管壁，由于管壁采用凹形結(jié)構(gòu)，相鄰兩根管子錯(cuò)位排列，當(dāng)管外流體掃過(guò)管壁時(shí)，流體快速流過(guò)相交位置，管外流體通道面積的突變使流體產(chǎn)生渦流，加強(qiáng)流體湍流，增強(qiáng)傳熱效果。光滑的管壁減少了流體流經(jīng)管道沿途的阻力損失，降低了泵的輸出功率，節(jié)約了能源； 并且該技術(shù)綜合考慮了現(xiàn)有管道設(shè)計(jì)的不足

【技術(shù)保護(hù)要點(diǎn)】

一種高效異型換熱管，其特征在于：換熱管包括：流道（1）、第一管壁（2）、第二管壁（3）、第三管壁（ 4); 形狀由兩個(gè)半徑為25mm的相等圓外接而成； 換熱管有兩種不同的排列方式構(gòu)成換熱器； 第一種布置：正三角形布置，管壁之間的位置關(guān)系為：任意一個(gè)管子的幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余三個(gè)相鄰管子旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)角度為120°，以及相鄰兩管的軸向中心距d為30-40mm； 第一流區(qū)（5）內(nèi)為工質(zhì)，第二流區(qū)（6）為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換。 排列二：正六邊形排列，以管道任意幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余6根相鄰管子旋轉(zhuǎn)對(duì)稱排列，旋轉(zhuǎn)角度為120°，相鄰兩根管子的軸向中心距d為37 -45 毫米。 第三流通區(qū)（7）為一種工質(zhì)，第四流通區(qū)（8）介質(zhì)為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換； 管路長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定，管路材質(zhì)為不銹鋼。

【技術(shù)特點(diǎn)概要】

1.一種高效異型換熱管，其特征在于換熱管包括：流道(1)、第一管壁(2)、第二管壁(3)、第三管壁(4)； 管材的截面形狀由兩個(gè)成對(duì)外接的半徑為25mm的相等圓構(gòu)成； 換熱管有兩種不同的排列方式構(gòu)成換熱器； 第一種布置：正三角形布置，管壁之間的位置關(guān)系為：以任一根管子的幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余相鄰三根管子旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)角度為120°，相鄰兩管的軸向中心距d為30-40mm； 第一流通區(qū)（5）內(nèi)為一種工質(zhì)，第二流通區(qū)（6）內(nèi)為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換； 排列方式二：正六邊形排列，以管道任意幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，其余6條相鄰管道呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱排列，旋轉(zhuǎn)角度為120°，相鄰兩管道的軸向中心距d為37- 45 毫米。 第三流通區(qū)（7）為一種工質(zhì)，第四流通區(qū)（8）為另一種工質(zhì)，兩種工質(zhì)通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換； 管路長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定，管路材質(zhì)為不銹鋼。 2.如權(quán)利要求1所述的一種高效異型換熱管，其特征在于：換熱管的長(zhǎng)度根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)要求確定，換熱…

【專利技術(shù)性質(zhì)】

技術(shù)研發(fā)人員：王金峰、李文軍、謝靜、許民生、李義哲、

申請(qǐng)人（專利權(quán)）：上海海洋大學(xué)，

類型：新

其他省市：上海； 31

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