[发明专利]一种传热管

摘要

一种传热管，属于传热元件，在强化换热的同时，解决现有传热管管内流动局部阻力增加过大的问题。本发明任一横截面形状均为相等直径的圆形，传热管内径d为1～2000mm，壁厚b为0.1～20mm；传热管中心轴线为圆柱形螺旋线或者以导程W为周期的三次样条曲线。本发明通过传热管等直径圆形截面螺旋式流道迫使管内流体整体向前旋流，改变速度场与温度场之间协同关系的同时，有效抑制管内流动局部阻力的产生，在沿程阻力增加较小的情况下，实现同功耗下换热增强的效果。

主权项

一种传热管，其特征在于：其任一横截面形状均为相等直径的圆形，传热管内径d为1～2000mm，壁厚b为0.1～20mm；传热管中心轴线为圆柱形螺旋线或者以导程W为周期的三次样条曲线；传热管中心轴线为圆柱形螺旋线时，在笛卡尔坐标系中满足下述方程：x＝a×cosθ，y＝a×sinθ，z＝S×θ/2π，其中，x、y、z分别为圆柱形螺旋线上各点在笛卡尔坐标系中x、y、z轴的坐标，螺旋半径a为0.1～1000mm，变量θ为弧度，螺旋线节距S为1～5000mm；传热管中心轴线为以导程W为周期的三次样条曲线时，单个导程W内中心轴线在笛卡尔坐标系中符合下述方程确定的三次样条曲线E1： x i ( t ) = J ix + J ix ′ t + [ 3 ( J ( i + 1 ) x - J ix ) t i + 1 2 - 2 J ix ′ t i + 1 - J ( i + 1 ) x ′ t i + 1 ] t 2 + [ 2 ( J ix - J ( i + 1 ) x ) t i + 1 3 + J ix ′ t i + 1 2 + J ( i + 1 ) x ′ t i + 1 2 ] t 3 , y i ( t ) = J iy + J iy ′ t + [ 3 ( J ( i + 1 ) y - J iy ) t i + 1 2 - 2 J iy ′ t i + 1 - J ( i + 1 ) y ′ t i + 1 ] t 2 + [ 2 ( J iy - J ( i + 1 ) y ) t i + 1 3 + J iy ′ t i + 1 2 + J ( i + 1 ) y ′ t i + 1 2 ] t 3 , z i ( t ) = J iz + J iz ′ t + [ 3 ( J ( i + 1 ) z - J iz ) t i + 1 2 - 2 J iz ′ t i + 1 - J ( i + 1 ) z ′ t i + 1 ] t 2 + [ 2 ( J iz - J ( i + 1 ) z ) t i + 1 3 + J iz ′ t i + 1 2 + J ( i + 1 ) z ′ t i + 1 2 ] t 3 , t∈[ti，ti+1]，i∈[1，2，…，n‑1]，n∈[6，7，8，9，10]，其中，xi(t)、yi(t)、zi(t)分别为三次样条曲线上点在笛卡尔坐标系中x、y、z轴的坐标，Ji为中心轴线已知的数据点，其对应的参变量ti单位为弧度，Jix、 Jiy、Jiz分别为Ji在x、y、z轴的坐标，Ji‘为Ji的一阶导数，Ji、Ji+1和Ji+2确定三次样条曲线E1满足二阶导数连续的约束条件： t i + 2 2 ( t i + 2 + t i + 1 ) t i + 1 J i ′ J i + 1 ′ J i + 2 ′ = 3 [ t i + 1 t i + 2 ( J i + 2 - J i + 1 ) + t i + 2 t i + 1 ( J i + 1 - J i ) ] , i∈[1，2，…，n‑2]，n∈[6，7，8，9，10]，当n＝6时，t1＝0、t2＝π/2、t3＝π、t4＝3π/2、t5＝2π、t6＝5π/2，J1＝(0，0，0)、J2＝(c，0，W/5)、J3＝(0，‑c，2W/5)、J4＝(‑c，0，3W/5)、J5＝(0，c，4W/5)、J6＝(0，0，W)，J1′＝(c，0，2W/5π)、J6′＝(‑c，0，2W/5π)；当n＝7时，t1＝0、t2＝π/2、t3＝π、t4＝3π/2、t5＝2π、t6＝5π/2、t7＝3π，J1＝(0，0，0)、J2＝(c，0，W/6)、J3＝(0，‑c，W/3)、J4＝(‑c，0，W/2)、J5＝(0，c，2W/3)、J6＝(c，0，5W/6)、J7＝(0，0，W)，J1′＝(c，0，W/3π)、J7′＝(‑c，0，W/3π)；当n＝8时，t1＝0、t2＝π/2、t3＝π、t4＝3π/2、t5＝2π、t6＝5π/2、t7＝3π、t8＝7π/2，J1＝(0，0，0)、J2＝(c，0，W/7)、J3＝(0，‑c，2W/7)、J4＝(‑c，0，3W/7)、J5＝(0，c，4W/7)、J6＝(0，0，5W/7)、J7＝(c，0，6W/7)、J8＝(0，0，W)，J1′＝(c，0，2W/7π)、J8′＝(c，0，2W/7π)；当n＝9时，t1＝0、t2＝π/2、t3＝π、t4＝3π/2、t5＝2π、t6＝5π/2、t7＝3π、t8＝7π/2、t9＝4π，J1＝(0，0，0)、J2＝(c，0，W/8)、J3＝(0，‑c，W/4)、J4＝(0，0，3W/8)、J5＝(‑c，0，W/2)、J6＝(0，c，5W/8)、J7＝(0，0，3W/4)、J8＝(c，0，7W/8)、J9＝(0，0，W)，J1′＝(c，0，W/4π)、J9′＝(c，0，W/4π)；当n＝10时，t1＝0、t2＝π/2、t3＝π、t4＝3π/2、t5＝2π、t6＝5π/2、t7＝3π、t8＝7π/2、t9＝4π、t10＝9π/2，J1＝(0，0，0)、J2＝(c，0，W/9)、J3＝(0，‑c，2W/9)、J4＝(0，0，W/3)、J5＝(‑c，0，4W/9)、J6＝(0，0，5W/9)、J7＝(0，c，2W/3)、J8＝(0，0，7W/9)、J9＝(c，0，8W/9)、J10＝(0，0，W)，J1′＝(c，0，2W/9π)、J10′＝(‑c，0，2W/9π)；上式中，c为中心轴线偏离z轴的最大距离，c＝0.1～1000mm，导程W为一个周期内中心轴线在z轴上的长度，W＝1～5000mm。