[发明专利]一种螺旋纽带被动强化换热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化换热管，尤其涉及一种流体换热器或散热器中的金属泡沫螺旋纽带被动强化换热管。

背景技术

管内安装螺旋纽带强化换热管一类增强流体扰动、混合和除垢的高效强化换热形式。现有较多的学者对管内加装螺旋纽带装置进行了研究，在管内加装金属泡沫材料的螺旋纽带是一种比较有效的强化换热方式。专利CN2568324提出了一种在基管内加装螺旋纽带的装置；文献：螺旋纽带在凝汽器中强化换热及除垢的应用(毛琨，李连杰；节能，2007)研究了螺旋纽带在凝汽器中强化换热及除垢的应用；文献：卧式管内流体动力自动清洗螺旋纽带的结构关系研究(刘吉兆，刘志儒，俞秀民；机床与液压，2003)研究了螺旋纽带结构参数对纽带清洗能力、流体阻力及传热强化的关系。这些研究对螺旋纽带在管内安装方式各有特点，但是这类强化换热管普遍采用将螺旋纽带与管壁分离的做法，非牢固固定的螺旋纽带增加了换热管的易损性，且由于螺旋纽带不与管壁接触其导热能力被大大限制。此外，制造螺旋纽带所采用的材料基本都是金属薄片，因此这类强化换热管的流体混合受到了一定的限制。

金属泡沫是近年来发展起来的一类集高导热性、高通透性、高表面积密度、轻质、优良机械性能和较好流体混合能力等于一体的理想换热材料。由于金属泡沫具有很强的流体扰动能力和导流能力，能极大增强流体湍动度。金属泡沫完全填充的强化换热通道的换热性能极强，但压降也很大，这大大限制类这类完全填充金属泡沫强化换热形式的应用。而以金属泡沫作为旋流元件的部分填充金属泡沫强化换热管，不仅能使流体流动过程中产生大量二次流，而且具有较小的流动压降。与传统采用金属薄片螺旋纽带的强化管相比，金属泡沫螺旋纽带强化管不仅能提升纽带两侧流体的混合效果，而且金属泡沫烧结在管壁的被动强化换热形式可将管壁热量有效传递到流体内部，从而达到肋片式强化换热效果。

发明内容

为解决传统强化换热管存在的问题，本发明的目的是提供一种牢固耐用、导热性能好、流体混合能力强的螺旋纽带被动强化换热管。

本发明采用的技术方案是：一种螺旋纽带被动强化换热管，包括基管和盘旋在基管内的螺旋纽带，其特征在于，该螺旋纽带由金属泡沫材料制成，且被固定于基管的内壁上。

优选地，该螺旋纽带是通过材料烧结技术固定于所述基管内壁上的。

螺旋纽带可贯穿于整个强化换热管的管段，也可优选地设置于距管口不大于50倍管径的距离处，特别优选为25～50倍的管径距离处，以保证扰动的流体部分为充分发展段。

优选地，金属泡沫材料的孔隙率范围为0.8-0.99，孔密度范围为5PPI-300PPI。

优选地，金属泡沫材料为铜、铝及其合金等高导热性材料。

优选地，螺旋纽带的厚度δ不大于0.3倍的基管内径d_t，即δ≤0.3d_t。

优选地，螺旋纽带的螺距小于管长，对于常规尺寸的长管(管长L＞30cm),螺旋纽带的螺距(B)的范围为20mm≤B≤200mm。

优选地，螺旋纽带的直径d等于基管内径d_t。

优选地，该强化换热管内流体的种类为非腐蚀性的流体。

本发明根据强化传热基本原理，将金属泡沫材料的特点与湍流理论相结合，所提供的强化管是一种带有金属泡沫螺旋纽带的被动强化换热管。当流体在管内流动时，在螺旋纽带的导流作用下，会产生螺旋状的涡，破坏了流体的边界层，增强了扰动，大大提高了换热系数，同时，因为金属泡沫的多孔，一部分流体还可以穿过纽带孔隙，减少流动阻力。此外，在管内烧结这类高孔隙率的金属泡沫螺旋纽带，可以将换热面延伸到了流体内部，极大地扩展了流体与壁面的换热面积。如果将这类被动强化换热管应用到管式换热器和散热器中，不仅能够提高管式换热设备的换热性能，而且可以保证较低的压降。而且该结构不需要额外增加其它装备，运行稳定可靠，无须在原设备的结构上做较大改变，还适宜作为换热设备的强化换热管件更换。

附图说明

图1是本发明换热管的沿轴向截面示意图

图2是本发明换热管的垂直轴向截面示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术原理做进一步的说明。

实施例1