一种正反旋向交替的内插式螺旋翅片强化换热管,其结构为,在固定杆上间断缠绕安装有若干段翅片,每相邻两段翅片的缠绕方向相反。本发明专利技术相较与螺旋肋片的旋转方向相同(连续或间断)的传统内插式螺旋翅片式强化传热管,正反向交替旋转的螺旋翅片管能更好的增加流体的扰动性从而改善温差场与速度场的协同性,达到强化换热的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种螺旋翅片强化换热管,更具体地涉及一种正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管。
技术介绍
近些年,有学者提出了一种新的传热强化理论,即场协同理论。场协同传热强化理论认为,对流传热强化效果不仅与温差场和速度场的数值大小有关,还与温差场与速度场夹角大小有关,一般认为在相同速度和温差场值的情况下夹角越小传热效果越好,即温差场和速度场的协同性越好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管,达到强化换热的目的。为实现上述目的,本专利技术提供的正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管,其结构为:在固定杆上缠绕安装有间断不连续的若干段翅片,每相邻两段翅片的螺旋方向相反。本专利技术相较与螺旋肋片的旋转方向相同(连续或间断)的传统内插式螺旋翅片式强化传热管,正反向交替旋转的螺旋翅片管能更好的增加流体的扰动性从而改善温差场与速度场的协同性,达到强化换热的目的。附图说明图1是本专利技术正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管的结构示意图。图2是在定壁温条件下入口速度为10m/s时,传统单向螺旋翅片管和本专利技术的正反向交替螺旋翅片管内协同角与努塞尔数随管长的变化趋势,其中a为传统单向螺旋翅片管,b为本专利技术正反向交替螺旋翅片管。图3是传统同向螺旋内肋片和正反向交替螺旋翅片管在不同雷诺数下协同角和努塞尔数的变化趋势,其中a是不同雷诺数下协同角的变化趋势,b是努塞尔数的变化趋势。具体实施方式本专利技术根据场协同原理,公开了一种间断不连续的正反向旋转交替的内插螺旋翅片强化换热管。如图1所示,本实施例是以间断不连续的四段螺旋翅片为例,从图面所示方向的左至右翅片旋转方向依次为右手方向、左手方向、右手方向、左手方向。本实施例中的固定杆的直径为2mm,缠绕的翅片厚1mm,高5mm。正反向旋转交替的内插螺旋翅片强化换热管设置在长度为500mm,内径为20mm的散热管中。与公知的螺旋翅片换热管相同的是,四根螺旋肋片管的长度不变,螺旋肋片的间距不变,总长度不度,从而流体区域总的体积不变,只是改变翅片螺旋方向,从而改变流体的速度和温度场的协同性以达到强化换热的目的。相较与螺旋肋片的旋转方向相同(连续或间断)的传统内插式螺旋翅片式强化传热管,正反向交替旋转的螺旋翅片管能更好的增加流体的扰动性从而改善温差场与速度场的协同性,达到强化换热的目的。传热管的努塞尔数可由式1求得:Nu=hidiλ]]> 式1其中,di为管内径,hi为强化管传热系数,λ为流体导热系数可认为是定值,努塞尔数越大表明传热系数越大,传热性能越好。流体的雷诺数可由式2求得:Re=Vmdiv]]> 式2其中,Vm是流体平均速度,v是流体运动粘度。根据场协同原理,换热管传热能力不仅取决于雷诺数、普朗特数等而且取决于速度场与温差场的协同角,协同角越小则传热能力越强从而传热得到强化,协同角越大传热能力减弱。场协同角表达式如式3:θ=arccos(U‾·▿T‾|U‾||▿T‾|)]]> 式3式中为速度场,为温差场。选用空气为工质,设定壁面温度为100℃,入口速度为10m/s,采用RNG k-ε模型。模拟结果如图2所示,由于存在四段螺旋翅片管努塞尔数出现了四个峰值,相应的协同角也出现了四段谷值。图2(a)中螺旋肋片旋转方向是同方向的,虽然流体流经肋片时努塞尔数都出现了峰值,但后面的峰值相对与入口处第1个峰值明显减弱。也就是说后面的肋片强化效果有所减弱。由于图2(b)中的邻近螺旋肋片的螺旋方向是相反的,因此在流经肋片处出现了较大的温度场和速度场的剧烈扰动从而使协同性更好,协同角变小,努塞尔数出现了峰值。对比图2(a)和(b),邻近螺旋肋片旋转方向相反的强化管传热性能优于螺旋方向相同的强化管,前者更符合场协同原理。图3给出了不同雷诺数下传统单向旋转螺旋肋片与正反方向交替旋转肋片的(a)场协同角和(b)努塞尔数变化情况。图3(a)表明正反旋向交替的螺旋肋片的协同角小于传统同向螺旋肋片协同角,因此正反方向螺旋肋片管更符合场协同原理。图3(b)表明正反方向交替旋转的螺旋肋片管传热性能明显优于传统同向旋转的螺旋肋片。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管,其结构为,在固定杆上间断缠绕安装有若干段翅片,每相邻两段翅片的缠绕方向相反。
【技术特征摘要】
1.一种正反旋向交替的间断内插式螺旋翅片强化换热管,其结构为,
在固定...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭江峰,淮秀兰,李勋锋,
申请(专利权)人:中国科学院工程热物理研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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