[实用新型]双螺旋弹簧传热强化管

说明书

本实用新型涉及一种双螺旋弹簧传热强化管，属于传热强化技术和换热器领域

大量的传热装置和高效换热器被用于动力、石油、化工、冶金、航空航天等领域。其中传热强化装置的效率对降低能耗和设备投资起着重要作用，因此是工程界极为重视的研究领域，并已有几十甚至上百种的传热强化装置的发明。但是这些强化装置的普遍特点是：破坏了原有速度场特性，因而传热强化的同时流动阻力和功耗显著增加；另外，强化装置的复杂加工方法和昂贵加工费用制约着其在工程中的广泛应用。

在1988年烃加工出版社出版的“换热器”中册，第34-38页记载的内翅片强化管(图1a)，其特点是：管子内壁加工有翅片，翅片与管子是一整体或两分体，两种材料可以相同也可不同。内翅管的强化机理是：增加传热面积。但由于内翅片的尺寸较大，流体速度场遭破坏严重，运行时阻力大。另外，复杂的内翅片形状大幅度增加了加工难度和费用。

绕花丝强化元件(专利号：93217669.0)是用几根金属丝作轴线，而把另外几根金属丝按一定规则绕制成圆柱型丝状结构(图1b)。其强化机理是：使管内流体在低速下产生径向位移和螺旋流相叠加的三维复杂流动，以起到增强换热作用。但正是由于绕花丝产生的三维复杂流动，改变了原有流场特性，传热强化的同时阻力增加非常明显。

须毛状强化元件(专利号：98202045.7)是将金属细丝固定在处于管轴心的支架上(图1c)，通过强化通道中心区域流体与管壁之间的换热达到增强流体与通道壁换热的目的。但管中心较大速度流体的绕流金属丝和支架会带来阻力的增加，而且其加工和布置困难，制约着大批量生产。

内翅弹簧丝强化管是在内翅片管内插入较小直径的金属弹簧丝，弹簧丝与管壁紧密接触(图1d)。弹簧丝起到肋的部分作用，同时加大近壁区流体的径向绕流。这种依靠绕流的强化方法必然会导致阻力大幅度提高，而且导致了更大的加工难度和费用。

本实用新型的目的是设计一种双螺旋弹簧传热强化管，根据最新的对流换热机理，改进已有传热强化元件的结构，使传热强化元件传热效率高，又易于制造。

本实用新型设计一种双螺旋弹簧传热强化管，由金属管和双螺旋弹簧组成，双螺旋弹簧插入金属管内，双螺旋弹簧是由金属丝缠绕成小弹簧，再由小弹簧沿着弹簧螺旋线再次缠绕成小弹簧而制成，其尺寸关系满足：

  d＝0.02～0.06D

  D_s＝0.1～0.4D  L_s＝2～10d

  D_d＝D-D_s      L_d＝1.5～4D_s上式中，D为强化管的直径，d缠绕小弹簧所用金属丝的直径，D_s为缠成的小弹簧直径，L_s为小弹簧螺距，D_d为大弹簧直径，L_d为大弹簧螺距。

本实用新型设计的双螺旋弹簧传热强化管，具有以下特点：

1、采用的是微细直径的高导热金属丝。

2、金属丝的填充率较低，流动阻力增加的幅度较小。

3、强化的机理是提高传热空间的导热性能，对原有流场特性改变小。换热系数可

   以提高几倍乃至十几倍，相应地功耗的增加要小得多(具体值取决于流体介质

   的种类和速度等参数)。

4、适用于广泛的Re范围(层流和湍流)。

5、适用于管内和管外强化。

6、适用于非园截面管的传热强化。

7、可以实现较大直径范围(10毫米至200毫米)内传热管的强化。

8、双螺旋弹簧的加工方法简单可行，不需要昂贵的专用设备。

附图说明：

图1是已有技术中强化元件的结构示意图，图1中，a为内翅片，b为绕花丝，c为须毛状，d为弹簧丝。

图2为管内传热强化对流换热机理示意图。

图3是小弹簧结构示意图。

图4是双螺旋弹簧结构示意图。

图5是本实用新型设计的强化管结构示意图。

下面结合附图，详细介绍本实用新型的内容。

图5中，1是大弹簧，2是强化管。

本实用新型设计的双螺旋弹簧传热强化管，其制作过程如下：

1、采用高导热性能的金属丝(铜丝、铁丝和不锈钢丝等)，直径d满足：

   d＝0.02～0.06D，其中D为强化管的直径。