一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，特別是換熱器進(jìn)出口管子彎頭內(nèi)壁面的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]流體流動過程中，彎頭是產(chǎn)生流動阻力(特別是局部阻力)的主要原因，工程中往往由于流道布置需要導(dǎo)致彎頭不可避免；特別是對于內(nèi)流體換熱器而言，扭曲流道是強(qiáng)化傳熱的主要措施之一。眾多研究表明，諸多強(qiáng)化傳熱的技術(shù)措施均可能造成流動阻力的增加，如增加管內(nèi)流速強(qiáng)化傳熱則勢必增加流阻、換熱器內(nèi)翅片扭曲等措施在增加擾流強(qiáng)化換熱的同時(shí)，也在一定程度上增加了流動阻力。如何有效減少進(jìn)出換熱器彎管處的局部流動阻力以及換熱器內(nèi)部扭曲流道的流動阻力是強(qiáng)化換熱器傳熱效能的重要前提保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:提供一種減少彎管管內(nèi)流動阻的結(jié)構(gòu)及方法。有效減少進(jìn)出換熱器彎管以及換熱器內(nèi)扭曲流道的流動阻力，以保證許多強(qiáng)化傳熱技術(shù)措施的順利實(shí)施，即在增加傳熱效果的同時(shí)保證不增加流動阻力或者有效減少流動阻力的增加。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。
[0005]換熱器內(nèi)設(shè)扭曲翅片，扭曲翅片形成扭曲流道的彎曲處表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。
[0006]所述褶皺結(jié)構(gòu)為細(xì)小的沙丘形褶皺。
[0007]—種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:在彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步地，所述褶皺結(jié)構(gòu)為諸多細(xì)小的沙丘形褶皺。
[0009]進(jìn)一步地，采用腐蝕或貼膜方法，實(shí)現(xiàn)彎管內(nèi)壁褶皺的生成。
[0010]進(jìn)一步地，在換熱器內(nèi)的扭曲翅片形成扭曲流道的彎曲處表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步地，在扭曲翅片成型前，采用沖壓壓制方法，實(shí)現(xiàn)對換熱器內(nèi)部采用的扭曲翅片基材表面褶皺的生成。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:提供了減少換熱器內(nèi)流體流動阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而可以保證在增加流體流速以強(qiáng)化傳熱性能的同時(shí)，不引起流動阻力的增加；為強(qiáng)化傳熱技術(shù)保駕護(hù)航，減少流阻損耗；本發(fā)明設(shè)計(jì)的褶皺結(jié)構(gòu)不僅可以應(yīng)用在換熱器的進(jìn)出口彎管管道內(nèi)壁、換熱器主體內(nèi)的扭曲翅片表面，還可以應(yīng)用在類似有流體流動且存在彎頭或扭曲流道、需減少流動阻力的工作環(huán)境中，尤其是對于存在較多彎頭等局部阻力較大之處的情況更為有利。
【附圖說明】
[0013]圖1為沙丘褶皺結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為換熱器進(jìn)出口管道以及換熱器主體；
圖3扭曲翅片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1中圈起處為彎頭處的微觀沙丘褶皺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2中1為換熱器進(jìn)口管道，2為換熱器出口管道，3為換熱器主體，4為換熱器內(nèi)部扭曲翅片，5、6分別為進(jìn)出口彎頭，流體流動方向如圖中箭頭方向所示，P和T分別表示進(jìn)出口流體的溫度和壓力測量儀表。
[0016]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，實(shí)施對象主要包括進(jìn)出口彎管管道以及換熱器主體內(nèi)部布置的扭曲翅片，如圖2所示。其中流體流動方向如圖中箭頭所示，扭曲翅片構(gòu)成換熱器內(nèi)部扭曲流道，扭曲翅片結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。
[0017]換熱器本身的結(jié)構(gòu)類型及工作模式保持不變，只需改變流體進(jìn)出換熱器的彎管內(nèi)壁的褶皺結(jié)構(gòu)和換熱器內(nèi)部扭曲翅片表面的褶皺結(jié)構(gòu)。技術(shù)要點(diǎn):彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)，扭曲翅片形成扭曲流道的彎曲處表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。褶皺結(jié)構(gòu)為諸多細(xì)小的沙丘形褶皺。本發(fā)明采用貼膜或者腐蝕的方法，在流體流動彎管彎頭處內(nèi)壁表面生成如圖1所示的沙丘形褶皺結(jié)構(gòu)；在翅片成型前，采用沖壓壓制的方法，在翅片基材表面生成沙丘形褶皺結(jié)構(gòu)；需要注意翅片扭曲尺度、流體流動方向與褶皺結(jié)構(gòu)方向的一致性。沙丘形褶皺結(jié)構(gòu)尺寸微小且與彎頭性狀相關(guān)聯(lián)，而且褶皺結(jié)構(gòu)應(yīng)配合流體的流動方向和翅片需要扭曲的程度。以實(shí)現(xiàn)在不增加流動阻力的情況下，通過增加流體流動速度來強(qiáng)化傳熱的效果。
[0018]進(jìn)出換熱器的彎管內(nèi)壁表面設(shè)計(jì)沙丘褶皺結(jié)構(gòu)，即諸多細(xì)小的沙丘形褶皺，流體流過這些褶皺時(shí)，構(gòu)建流線化流型、減少彎頭流動損失。對于換熱器內(nèi)的扭曲翅片表面同樣可以設(shè)計(jì)類似的褶皺結(jié)構(gòu)，從而起到減少換熱器內(nèi)流動阻力的效果。
[0019]本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于任何存在彎頭的流道或扭曲腔體內(nèi)流體流動的情況，主要是依賴于流體流過沙丘褶皺形成的微觀渦流來構(gòu)建流型從而減少彎頭處流體的流動阻力。其不同于以往減少流動阻力的技術(shù)措施，改變了只依賴光滑表面減少阻力的方法，在某些存在彎頭或扭曲流道的流動傳熱場合下，利用不光順的微觀表面結(jié)構(gòu)構(gòu)建流型同樣可以起到減少流動阻力的效果。拓展了以往減少彎頭以及減小流速以減少流阻的方法。
[0020]本發(fā)明方法主要應(yīng)用于換熱器熱力性能的提升，即流動阻力減少和傳熱效能的提升方面。效果對比實(shí)驗(yàn)如下:
首先，第一步:將換熱器主體(3)與進(jìn)口管道(1)和出口管道(2)連接，此時(shí)管內(nèi)壁面和翅片表面比較光滑，無褶皺結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)進(jìn)口管道內(nèi)流速，測量流體流經(jīng)管道和換熱器主體后的流動阻力損失；
第二步:進(jìn)出口管道和換熱器內(nèi)的翅片均具有沙丘形褶皺結(jié)構(gòu)，再次調(diào)節(jié)進(jìn)口管內(nèi)流速，測量流體流動阻力損失。
[0021]比較光滑內(nèi)壁面以及具有沙丘褶皺結(jié)構(gòu)兩種情況下的流體流動阻力損失數(shù)據(jù)，gp可分析沙丘褶皺結(jié)構(gòu)對于減小流體流動阻力方面的影響作用。如圖2所示結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置，換熱器內(nèi)流動介質(zhì)是純水且入口速度為lOm/s時(shí)，其他條件保持不變，光滑內(nèi)壁面以及沙丘褶皺結(jié)構(gòu)這兩種情況下，所得流動阻力分別為0.24atm和0.195atm。從以上實(shí)驗(yàn)對比可知，具有沙丘形褶皺結(jié)構(gòu)的管道流動阻力較小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，其特征在于:換熱器內(nèi)設(shè)扭曲翅片，扭曲翅片形成扭曲流道的彎曲處表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述褶皺結(jié)構(gòu)為細(xì)小的沙丘形褶皺。4.一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:在彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求4一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:所述褶皺結(jié)構(gòu)為諸多細(xì)小的沙丘形褶皺。6.如權(quán)利要求4所述的一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:采用腐蝕或貼膜方法，實(shí)現(xiàn)彎管內(nèi)壁褶皺的生成。7.如權(quán)利要求4所述的一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:在換熱器內(nèi)的扭曲翅片形成扭曲流道的彎曲處表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。8.如權(quán)利要求7所述的一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的方法，其特征在于:在扭曲翅片成型前，采用沖壓壓制方法，實(shí)現(xiàn)對換熱器內(nèi)部采用的扭曲翅片基材表面褶皺的生成。
【專利摘要】一種減少彎管管內(nèi)流動阻力的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述彎管管道的彎頭處內(nèi)壁表面設(shè)有褶皺結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下有益效果：提供了減少換熱器內(nèi)流體流動阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而可以保證在增加流體流速以強(qiáng)化傳熱性能的同時(shí)，不引起流動阻力的增加；為強(qiáng)化傳熱技術(shù)保駕護(hù)航，減少流阻損耗；本發(fā)明設(shè)計(jì)的褶皺結(jié)構(gòu)不僅可以應(yīng)用在換熱器的進(jìn)出口彎管管道內(nèi)壁、換熱器主體內(nèi)的扭曲翅片表面，還可以應(yīng)用在類似有流體流動且存在彎頭或扭曲流道、需減少流動阻力的工作環(huán)境中，尤其是對于存在較多彎頭等局部阻力較大之處的情況更為有利。
【IPC分類】F28F13/12, F28F13/02
【公開號】CN105277041
【申請?zhí)枴緾N201510787700
【發(fā)明人】肖寶蘭, 張宇, 吳偉明, 孫樹禮, 呂震
【申請人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月17日