本发明专利技术公开了一种换热管内的引流式插入装置，其包括插入物单元和支撑杆，该插入物单元包括引流段和两个水平流道，所述引流段倾斜设置，所述两个水平流道沿水平方向分别设置于所述引流段的上下两端，以形成阶梯状结构；该支撑杆沿着换热管的轴向布置，所述插入物单元通过所述一水平流道安装在所述支撑杆上，其中，所述插入物单元与所述换热管管壁之间的间距为H，0＜H≤0.15D，D为所述换热管的内径。本发明专利技术的插入物单元在一定的排布方式下通过扰流作用产生纵向涡，在增加换热的同时、又不过分增大阻力，本发明专利技术是一种集引流、扰流、产生纵向涡功能于一体的新型插入装置，具有良好的强化传热能力。
【技术实现步骤摘要】
一种换热管内的引流式插入装置
本专利技术属于换热管扰流技术与装置领域，更具体地，涉及一种换热管内的引流式插入装置。
技术介绍
管程强化传热技术一般有以下两种：一种是基于表面的强化传热技术，比如螺旋槽管、缩放管、波纹管等常见的异型管，它们是通过不同的表面结构对管壁附近流体进行扰动，并破坏边界层的发展，达到强化传热的目的。另一种是基于流体的强化传热技术，比如扭带、涡杆、螺旋线圈等常见的管内插入物，它们是通过自身对流体区域进行扰动，使得流体区域温度尽量均匀达到强化传热的目的。后者对边界层的扰动会弱于前者，因此压力损失会小一些，从而会有更好的强化传热综合性能。传统的插入物的设计一般是基于以下的思路：造成强烈扰动的同时，阻力不会过分增大。扰动的根本目的是使管内温度更加均匀，从而达到强化换热的目的，但是插入物在大幅提高换热能力的同时，付出的代价是造成了较大的沿程压降。因而强化传热的综合性能受到了限制，同时，有的插入物在理论方面具有较高的强化换热能力，但是在实际中难以加工、支撑，因而应用范围受到了限制。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种换热管内的引流式插入装置，其中基于对扰流目的的考虑，在传统插入物的基础上，提出通过引流方式，更加直观地促进不同温度流体之间的混合，从而使换热管获得更加理想的换热能力，同时，该新型插入装置易于加工，并且容易焊接在支撑杆上，在实际中更容易得到应用。为实现上述目的，本专利技术提出了一种换热管内的引流式插入装置，其特征在于，包括支撑杆和多个插入物单元，其中：该支撑杆设于换热管的内部，并沿着所述换热管的轴向布置；该插入物单元包括引流段和两个水平流道，所述引流段倾斜设置，所述两个水平流道沿水平方向分别设置于所述引流段的上下两端，并与所述引流段的夹角均为钝角；所述插入物单元通过所述一水平流道焊接在所述支撑杆上；所述插入物单元与所述换热管管壁之间的间距为H，其中，0＜H≤0.15D，D为所述换热管的内径。作为进一步优选的，所述插入物单元为24个，每两个所述插入物单元对称设置在所述支撑杆的两侧以形成一组扰流单元，每组所述扰流单元沿着所述支撑杆以顺排方式排布。作为进一步优选的，所述插入物单元为24个，每两个所述插入物单元对称设置在所述支撑杆的两侧以形成一组扰流单元，每组所述扰流单元沿着所述支撑杆以叉排方式排布。作为进一步优选的，所述引流段的截面形状为矩形、半圆形或圆形。作为进一步优选的，所述引流段的倾斜角度优选为45°。作为进一步优选的，所述水平流道的截面形状为矩形或圆弧形。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术将每个插入物单元设计成由引流段与水平流道组成，其中引流段将核心流区域的流体引导到壁面附近，水平流道将引导过来的流体约束在管壁附近冲刷，从而增强换热。插入物单元通过支撑杆固定，不与换热管的壁面接触，从而减小了对壁面速度边界层的扰动，流动阻力不会过分增大，传热得到了明显的提升。2.本专利技术与传统的插入物相比(比如扭带)，与流体接触面积更小，流动阻力小，同时，本专利技术还能够在叉排排布方式下形成纵向涡，以使其具有增强换热能力的同时，不使阻力过分增大的良好流动结构。附图说明图1(a)是本专利技术插入物单元叉排排布方式示意图；图1(b)是本专利技术插入物单元顺排排布方式示意图；图1(c)是本专利技术插入物引流段结构示意图；图2是叉排与顺排排布方式下不同截面的温度分布图；图3为叉排排布方式在截面z＝18mm的速度矢量图；图4为顺排排布方式在截面z＝18mm的速度矢量图；图5为叉排排布方式在截面z＝18mm处的纵向涡；图6为叉排排布方式在截面z＝18mm处的温度分布图；图7为光管以及不同排布方式的换热系数Nu随Re的变化；图8为光管以及不同排布方式的阻力系数f随Re的变化；图9为不同排布方式的强化传热综合性能评价指标PEC随Re的变化。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提出了一种换热管内的引流式插入装置，该引流式插入装置安装于换热管4内，其包括插入物单元和支撑杆3，其中：该插入物单元包括引流段1和两个水平流道2，所述引流段1倾斜设置，所述两个水平流道2沿水平方向分别设置于所述引流段1的上下两端，并与所述引流段的夹角为钝角；该支撑杆3沿着换热管的轴向布置，其用来焊接插入物单元和支撑，所述插入物单元通过所述一水平流道2焊接在所述支撑杆3上，其中，插入物单元中的引流段的最高点与所述换热管管壁之间的间距为H，合适的H能够避免引流段太靠近壁面而造成阻力过分增大，同时可以保证水平流道约束流体对壁面进行强烈冲刷，太大的H会使得水平流道离壁面太远，流体对壁面的冲刷作用不够强烈，进而影响换热能力的提高，本专利技术根据试验发现，当0＜H≤0.15D时(D为所述换热管的内径)，其换热能力较好。上述引流段的形式可以是槽或者管，其尺寸、截面形状可以多样化，倾斜角度也可以变化，截面形状可以为矩形、半圆、圆或其他优化形状。水平流道的形状与尺寸也可以根据具体的换热管进行优化，可以为矩形、扇形等等，其截面形状为矩形或圆弧形等等。对于槽、管、或者水平流道的等效或者修改也将被视为与本专利技术的原理一致。所述插入物单元为多个，其根据换热能力的要求、工作工况、排布节距和换热管的长度选择合适的排布的数量以及排布方式沿着所述支撑杆3安装，插入物单元可以以顺排、叉排、或者其他方式排布在支撑杆上，并且每个节距上可以布置一个、两个或者多个插入物单元。下面将通过一个计算实例来更加详细地描述、展示本专利技术，但是实例仅仅是说明性作用，本专利技术具体的实施方案不受该实例的限制。实施例：本实施例采用换热管内径18mm、长度500mm的圆管，在进口处给定达到充分发展的入口速度和入口温度的边界条件，壁面给定2000W/m2的定热流条件，出口为自由出流，插入装置表面绝热，水平流道与管壁的距离为2mm。采用如图1所示的插入装置模型，每两个插入物单元对称设置在所述支撑杆3的两侧以形成一组扰流单元，每两组扰流单元之间的节距p＝30mm，根据排布节距和换热管的长度，共设置有12组扰流单元，共24个插入物单元，然而每组扰流单元也可以布置一个或者两个以上插入物单元，其可根据实际的需要进行选择与限定，其中扰流单元布置的数量增多，会提高换热能力，但是也会造成阻力适当增大。每组扰流单元设置在每个节距上，选择排布节距为30mm能够在前一组扰流单元产生壁面冲刷作用及纵向涡衰退后，让流体进入下一组扰流单元，使得扰动和冲刷又继续恢复，扰流换热效果好。插入物单元的引流段部分采用矩形斜槽，引流长度l＝5.6mm，高h＝1mm，槽宽w＝3mm，倾斜角度x＝45°；本实例采用矩形的水平流道，水平流道的尺寸a＝b＝2mm。插入装置的材料厚度为1mm，扰流单元内的插入物单元根据顺排、叉排的排布方式焊在截面3*3mm的方形支撑杆3上。图2是对叉排、顺排排布方式在不同轴向截面上温度场的比较。从图中可见，叉排能够更快使得温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种换热管内的引流式插入装置，其特征在于，包括支撑杆(3)和多个插入物单元，其中：该支撑杆(3)设于换热管的内部，并沿着所述换热管的轴向布置；该插入物单元包括引流段(1)和两个水平流道(2)，所述引流段(1)倾斜设置，所述两个水平流道(2)沿水平方向分别设置于所述引流段(1)的上下两端，并与所述引流段(1)的夹角均为钝角；所述插入物单元通过所述一水平流道(2)焊接在所述支撑杆(3)上；所述插入物单元与所述换热管管壁之间的间距为H，其中，0＜H≤0.15D，D为所述换热管的内径。
【技术特征摘要】
1.一种换热管内的引流式插入装置，其特征在于，包括支撑杆(3)和多个插入物单元，其中：该支撑杆(3)设于换热管的内部，并沿着所述换热管的轴向布置；该插入物单元包括引流段(1)和两个水平流道(2)，所述引流段(1)为立体结构且倾斜设置，所述两个水平流道(2)沿水平方向分别设置于所述引流段(1)的上下两端，并与所述引流段(1)的夹角均为钝角，以此通过所述引流段(1)将换热管内核心流区域的流体引导到换热管壁面附近，通过水平流道(2)将引导过来的流体约束在管壁附近冲刷，从而增强换热；所述插入物单元通过一水平流道(2)焊接在所述支撑杆(3)上；所述插入物单元与所述换热管管壁之间的间距为H，其中，0＜H≤0.15D，D为所述换热管的内径。2.如权利要求1所述的一种换热管内的引流式插入装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志春，李鹏霄，刘伟，杨金国，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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