[发明专利]一种轴对称梳齿形内翅片结构及其翅片管束

说明书

技术领域

本发明属于传热学的工程应用技术领域，特别是涉及一种轴对称梳齿形内翅片结构及其翅片管束。

背景技术

工业锅炉的锅壳式结构和管式空气预热器以及化工过程的废热锅炉广泛使用烟管作为换热管束，亦即锅炉燃烧或化工过程的烟气流经管内进行对流换热，将热量传给管外侧的工质水，从而实现热能转换。

我们知道，当烟气在管内纵向冲刷流动时，烟气和管壁面的换热系数较小，而烟管中心的烟气无法和管内壁金属接触，需要很长的管束才能将烟温降到合适的温度水平，造成设备尺寸庞大。多少年来，研究人员一直试图强化管内换热，为此相继开发了单头螺纹烟管，横纹管，内插麻花片、弹簧等扰流子来强化管内换热，但是，无论是螺纹烟管，还是横纹管以及内插弹簧，只是对贴近壁面的气流产生了扰动，强化效果一般，经测试，螺纹烟管经强化后其对流换热系数仅增加20％～50％；内插麻花片虽然可以对管内所有烟气进行扰动，虽然强化效果比螺纹烟管、横纹管及弹簧强化换热效果好，但是烟气阻力增加很多，动力损耗大，实际上产生了过扰动，工业上很少使用。目前，鉴于螺纹烟管加工简单，一直被工业上用来强化管内换热，也是一种无奈的选择，因此，研究人员一直没有停止过对管内传热强化的不懈研究和努力，本发明就是在这种背景下提出的。

目前，常见的内翅结构大都采用中心对称翅片的方式，对流体进行管内流动分析可以发现，以中心对称的方式进行翅片分布存在以下不足：

1、虽然中心对称的等高翅片能够在一定程度破坏近壁面流体边界层，但是对于中心流体并不能起到作用，中心流场未能得到有效的破坏，较低的湍流度也限制了对流换热系数的提高。

2、不能完全破坏气流温度径向分布模式，气流中心不能得到翅片低温表面的冷却，仍然存在局部高温气流区域，无法实现流通截面换热过程的温度均匀最大化。

发明内容

为了克服上述技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种轴对称梳齿形内翅片结构及其翅片管束，本发明轴对称梳齿形内翅片结构具有很高的翅化比，在仅有气体对流换热的情况下，轴对称梳齿形内翅片有效增强了元件内热气体的对流扰动，可以直接插入烟气主流温度区，将管内烟气分割成多个气流薄层，改变了传热元件内从轴心到传热元件壁面的层状温度场分布，有效地减小了从烟气主流到壁面的温度梯度，连续不断地破坏壁面和烟气中心的流动边界层；内翅片显著增加了换热面积，单位长度的换热量成倍增加，显著增强了气流和管内壁的对流换热系数；烟气纵向冲刷内翅片，烟气流动阻力增加较少。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轴对称梳齿形内翅片结构，由中心肋1以及与中心肋1整体成型的垂直布置在中心肋1上的多组内翅片对组成，每组内翅片对由沿中心肋1呈轴对称分布的两个内翅片2组成。

所述内翅片2的表面做纵向波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形。

所述中心肋1内部沿内翅片2伸展方向的垂直方向有开口。

所述内翅片对的数量为3～8对。

所述内翅片2的厚度为2～4mm。

所述整体成型采用整体铸造、整体热挤压、机加工成形或线切割成形。

一种翅片管束，由上述所述的轴对称梳齿形内翅片结构以及布置在轴对称梳齿形内翅片结构外的外管3组成，所述外管3的内壁形状与轴对称梳齿形内翅片结构的外部形状相适配，所述外管3与轴对称梳齿形内翅片结构采用过盈配合。

所述外管3的截面形状为圆形、椭圆形、腰圆形或矩形。

所述外管3的内壁光滑或内壁开有与轴对称梳齿形内翅片结构的内翅片2形状相适配的纵向凹槽，纵向凹槽的数量与轴对称梳齿形内翅片结构的内翅片2的数量一致，纵向凹槽的槽深为1.0～1.5mm。

所述外管3采用无缝管或由板卷制而成，其材料采用铸铁、铸钢、铸铝、铸铝硅合金或不锈钢；所述轴对称梳齿形内翅片结构的材料也采用铸铁、铸钢、铸铝、铸铝硅合金或不锈钢。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单，加工制作十分方便，可以实现批量生产，节约成本；