[发明专利]多向波纹内翅片管

说明书

技术领域

本发明涉及应用于石油、化工、动力、核能、冶金、制冷、航空航天、环保节能等工业领域的热交换设备中使用的强化传热换热管，特别是涉及一种多向波纹内翅片管。

背景技术

能源关系着经济发展、国家安全以及社会稳定，是人类生存以及发展所需的重要物质基础。随着现代工业的飞速发展，对能源的需求越来越大，对能源的依赖程度也显著上升，而能源短缺成为制约经济发展的重大瓶颈。目前世界各国都在积极寻找新的能源以及开发清洁能源，开发新能源固然重要，然而节约能源却是当务之急。建设资源节约型和环境友好型社会是我国的基本国策。节能降耗并且着重提高能源利用率是解决能源问题的重要途径。工业节能工作的重中之重，作为基本的传热单元设备——换热器广泛应用于石油、化工、动力、核能、冶金、制冷、航空航天等领域，其动力消耗和设备投资在整个生产过程中占有相当大的比例，因此提高换热器性能对能源利用率有着十分重要的意义。所以换热器的传热强化技术一直以来都是一个重要课题，受到研究人员的重视。

管壳式换热器由于结构可靠、技术成熟、适用面广，是目前热力系统中最为常用的换热结构形式，目前工业装置中管壳式换热器约占全部换热器的70%。实现管壳式换热器的高效节能关键在于开发新型高效的强化传热换热管。在强化传热技术中，翅片管由于体积小、传热面积大、效率高的特点被逐步推广应用。普遍的方式是在管外侧加装翅片，强化管外换热。相对而言，在管内侧加装翅片的内翅片管强化传热的研究工作比较少。

内翅片管通过在管内加装翅片的方式拓展传热面，达到强化管内传热效率的目的。翅片管由于在管内表面上设翅片而得名，它传热面积比光管可增大2~10倍，传热系数比光管可提高1~2倍。由于传热能力的增强和单位体积的传热面积加大，故与光管相比，完成同一热负荷可用较少管数，使设备结构紧凑并使金属消耗量减少。因为翅片的材料可与基管不同，使材料的选择与利用就更加合理。翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定，有碳钢、不锈钢、铝及铝合金、钢及钢合金等。另外，采用翅片管使介质与壁面的平均温差降低，使用寿命延长。

综合分析对现有内翅片管的研究，发现其研究重点多在于如何大量扩展管内有效传热面积，而针对通过增强管内流体二次流和横向扰流以及纵向减阻的强化传热方式研究却少见。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种多向波纹内翅片管，其结构形式多样，且易成型加工，与光管相比管内有效传热面积显著增大，而且能够强制引导管内流体介质流型，二次流增强、横向扰流加剧、湍流度加大、强力干扰流体介质边界层，并达到高效强化传热的目的，同时管内纵向流动阻力可控，与其它普通内翅片管相比，达到同一热负荷，阻力显著降低。

为解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：一种多向波纹内翅片管，其整体结构由外管1和芯管2以及若干个多向波纹翅片3组成。外管1和芯管2的管中轴线重合，芯管2嵌套于外管1中。若干个多向波纹翅片3沿外管1与芯管2之间形成的环形截面周向均匀分布，任意相邻两个多向波纹翅片3彼此不接触。多向波纹翅片3的构成，包括一个根部4、两个直壁5和两个折弯6以及两排多向波纹7。多向波纹翅片3的根部4与芯管2的外表面钎焊，直壁5沿外管1径向伸展，而其两个折弯6与外管1的内表面钎焊。芯管2和若干个多向波纹翅片3将外管1划分出若干个独立的平行流通通道。多向波7位于多向波纹翅片3的直壁5上；每个直壁5上有一组连续的多向波纹7；同一直壁5上，多向波纹7的纹路趋势一致。

所述外管1的横截面可以为圆形、椭圆形、矩形和其它多边形，以及花瓣形。

所述外管1的外表面分布着凹槽19；并且凹槽19只能位于多向波纹翅片3与外管1形成的平行流通通道的上方，也就是该平行通道相对应的外管1的外表面上。凹槽19的定义是从外管1外表面向管内陷入的凹坑。

所述凹槽19的布置分为两大类，即规律性和非规律性分布。规律性分布是指凹槽19总体上沿外管1轴线方向排列，可以用某种数学函数关系式表述；非规律性分布是指凹槽19无法用某种数学函数关系式表述，随机布置在外管1的外表面上。

所述凹槽19的规律性分布时，凹槽19可分为多组或多排。

所述凹槽19的形状可以是球缺体、椭球缺体、立方体、长方体、多边形棱柱和多边形棱台以及其它规则和不规则形体。

所述芯管2的横截面可以为圆形、椭圆形、正方形、矩形和其它多边形。

所述芯管2可以是光管、波纹管、螺旋槽管、翅片管和异形管。