[实用新型]球面形凹凸换热管

说明书

本实用新型涉及一般热交换器制造技术，特别是换热管的制造。

众所周知，影响单相流体对流换热强度最主要的因素是层流底层，常采用减薄层流底层的厚度同时增加流体的紊流强度等方法强化单相流体的对流传热。因而，在传统的管束式换热器中，通过采取改变换热管截面形状、改善边界层中换热工况以及增加管壁粗糙度等手段进行强化传热。例如，将传统的光滑换热管加工成外肋管、螺纹管、横纹管、交叉螺纹管等，但它们有的使制作、安装不便；有的在组成折流板式、折流杆式、弓形区或中央区不布管式等传统的管壳式换热器中未能很好地发挥出其强化传热的作用。

本实用新型的目的是提供一种新型强化传热换热管，它不但能有效地提高换热管管内外的对流传热系数，而且流体流动阻力低、制造简单、节约能耗，还能减缓换热器内流体流动产生的诱导振动、减缓结垢速率、延长换热器的使用寿命和维修及清洗周期，尤其在组装折流板式、折流杆式、弓形区或中央不布管式等传统的管壳式换热器中能发挥出其强化换热的作用，制作出管壳式高效节能换热器。

本实用新型强化传热换热管与现有换热管的不同点是：在光滑换热管外壁面碾压出球面形的凹坑(附图)，管外壁球面形凹坑深e与换热管直径d之比等于0.01～0.10、凹坑间距s与换热管直径d之比等于0.05～1.50，按顺列或叉列排列成等腰三角形、不等边三角形、正三角形、正方形或螺旋形。碾压加工后，由于管材的塑性变形，球面形凹凸面与管壁面成圆弧过渡，形成原光滑换热管外壁面布满球面形凹坑，管内壁则是对应于外壁球面形凹坑的球面形凸面这样一种特殊结构的粗糙表面。

应用球面形凹凸换热管组装成管壳式换热器，当管外流体横向或纵向冲刷球面形凹凸换热管时，管外壁的球面形凹坑使流体沿管子同一圆周上各个角度的速度分布不均匀，流体流动的方向沿球面形凹坑发生变化，使流体产生边界层分离、漩涡以及二次流效应和三维流动，加强了紊流强度大的流体和紊流强度小的流体之间的动量变化。管内的流体在管内壁面球面形凸面的作用下，产生沿球面形凸面的分流和沿球面形凸面表面的绕流，破坏了流体流动的边界层。因而，应用球面形凹凸换热管进行单相流体对流传热有下列优点：

1.球面形凹凸换热管管外壁为球面形凹坑，管内壁为对应的球面形凸面，可同时使管内外低雷诺准数Re流体产生紊流流动，强化了管内外流体的对流传热，降低了结垢的速率。

2.球面形凹凸换热管不象外肋管那样增加管子的周向尺寸，可方便地应用于传统结构的管壳式换热器，从而使换热管束布置紧凑，组成紧凑式换热器。

3.球面形凹凸换热管一般可使管壳式换热器管程和壳程传热综合经济指标，管程(或壳程)的传热分系数α_i与管程(或壳程)阻力降值Δp_i之比比光滑换热管提高20％～80％。

4.球面形凹凸换热管加工制作简单，成本低，且由于在原来光滑换热管管壁上碾压加工出球面形凹凸，增加了管子的刚度，降低了流体流动产生的诱导振动，延长了换热管的使用寿命。

附图为球面形凹凸换热管示意图。

本实用新型是这样实现的：在铝、铜、钢、钛、不锈钢等材料制造的光滑换热管上，预留出略大于换热管板厚度的光滑管段，以用于与换热器管板联接。然后在机床上，利用带有Φ5～30mm球面凸台的滚扎头，在光滑换热管外壁碾压出：管外壁球面形凹坑深e与换热管直径d之比等于0.01～0.10、凹坑间距s与换热管直径d之比等于0.05～1.50，成等腰三角形、不等边三角形、正三角形、正方形或螺旋形排列的球面形凹坑，管内壁则形成与管外壁面球面形凹坑对应的球面形凸面这样一种特殊结构的粗糙表面。

下面结合附图所示的实例说明：

取一根Φ25×2mm、长6000mm、材质为20号优质碳素钢的光滑换热管，在两头预留出50mm长的光滑换热管段。在机床上，用特制的带有Φ15mm的球形凸头的滚扎头，通过调节滚扎头的横向进给量和纵向轧制速度，在光滑换热管管长5900mm的区间，碾压出深1 mm的球面形凹坑。管的每一横截面上排列4个球面形凹坑，每相隔10mm的两个截面上的球面形凹坑相错45°。在管外壁形成等腰三角形排列的球面形凹坑，管内表面则由于管材的塑性变形，被碾压出与管外壁球面形凹坑对应的球面形凸面。在管长5900mm有效区域内连续加工，就制成了本实用新型-球面形凹凸换热管。

球面形凹凸换热管能有效地强化换热管管内外的对流传热系数、流体流动阻力低，将其应用于折流板式、折流杆式、弓形区或中央区不布管式等传统的管壳式换热器中，可比应用光滑换热管的同类换热器节省传热面积25％以上，因而可制作出管壳式高效节能换热器。