螺旋凹槽换热管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种螺旋凹槽换热管，包括表面具有向内凸起的螺旋凹槽的不锈钢管体，其中，所述不锈钢管体的截面形状的高度与宽度不相等。在汽车发动机废气循环系统中，这种具有高度与宽度不相等的截面形状的螺旋凹槽管作为冷却器的换热管，可以使冷却器获得很高的换热能效，同时管内、外非常不易积垢，大大提高了汽车发动机的排放性能指标，满足更高的环保排放要求。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种螺旋凹槽换热管，尤其是一种应用于汽车发动机废气再循环冷却系统中的、具有高度与宽度不相等的截面形状的螺旋凹槽换热管。
技术介绍
废气再循环冷却技术是一项有效、可靠降低柴油发动机氮氧化合物排放量的技术，其工作原理是通过冷却器把排出的废气温度降低后，回传到发动机的燃烧室里，来降低燃烧室的温度，从而减少氮氧化合物的生成和排放。其中，冷却器是废气再循环系统中的关键元件，其换热效率的高低决定了再循环废气的温度高低，因此，如何在保持经济性的前提下提高废气再循环冷却器的换热效率，是设计冷却器的一项首要技术指标。而换热管是冷却器中的关键部件，换热管的换热系数的高低很大程度上决定了冷却器的换热效率，所以需要不断尽可能地提高换热管的换热系数。目前，发动机废气再循环冷却器中大量使用的换热管都是采用一种表面带有向内凸起螺旋凹槽的横截面为圆形的不锈钢管。但是，随着环保法规对汽车尾气排放的要求日益提高，这种截面形状为圆形的螺旋凹槽换热管的换热效果已不能满足未来对汽车氮氧化合物的生成和排放量的限制将呈几十甚至上百倍的增加的要求，对于目前愈来愈严格的排放要求和激烈竞争的经济市场，在有限安装空间的发动机废气再循环冷却系统中，圆形截面形状的螺旋凹槽换热管已显得力不从心了。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述现有圆形截面形状的螺旋凹槽换热管在热交换效率上已经不能满足未来的环保需求的现状，而设计一种具有更高换热效率的换热管，该换热管能够在冷却器体积不变的状态下，大大提高热交换效率。为实现上述目的，本技术提供了一种螺旋凹槽换热管，包括表面具有向内凸起的螺旋凹槽的不锈钢管体，其中，所述不锈钢管体的截面形状的高度与宽度不相等。上述方案中，所述不锈钢管体的截面形状可以为矩形，且相邻的两边之间为弧形过渡连接；所述不锈钢管体的截面形状也可以由两个相对的短边和两个相对的长边构成，其中，所述短边呈由内向外凸出的弧线，所述长边可以为直线，也可以呈由内向外凸出的弧线；所述不锈钢管体的截面形状还可以为椭圆形。当然为了更好的描述，所述不锈钢管体的上述截面形状是在假设没有螺旋凹槽的情况下呈现的标准形状，本技术中的换热管的截面形状是所述不锈钢管体的上述截面形状与所述螺旋凹槽的截面形状的组合。所述螺旋凹槽可以设置为多条，而且每条螺旋凹槽均可以为连续设置或断续设置；螺旋凹槽的截面形状可以设置为“U”形或“V”形，利于小尺寸形面的生成；凹槽螺旋升角β设计为20～75度之间；凹槽深度D不小于0.4mm，能使流体在管内产生充分的紊流；同时，为了确保经济实用，简化加工难度，故将截面所有锐角均设计为圆弧R过渡，使所有表面均能进行充分良好地换热，彻底消除了热交换死角。当废气通过这种换热管时，会绕流螺旋凸起部位，发生局部壁面边界层分离，在螺旋凸起后面形成涡旋，这种边界层分离与产生涡旋使得传热得以增强。并且螺旋凸起可引发废气作螺旋运动，导致废气中产生复杂的二次涡旋流动(也称为二次流)，增大了废气的湍流度，尤其增大了对近壁区边界层的扰动，促进了边界层与核心区流体的掺混，使得热对流增强；二次流还具有使截面速度分布趋于均匀的效果，尤其上述矩形、椭圆等四种这类扁平截面的设计，使得二次流和旋转运动产生的离心力的联合作用让边界层的厚度大大减薄，同时使临界雷诺数降低，即从层流向湍流的转变提早发生，强烈的湍流使得污垢在管内遭到了激烈的冲蚀，因此，上述矩形、椭圆等四种这类扁平截面形状的螺旋换热管很难结垢，更利于热传导。另外，我们也对相同截面积的圆形截面形状的螺旋凹槽换热管和上述扁平截面形状的螺旋凹槽管的换热效果经过实验进行了比较，详见附图1和图2。图中A、B为扁平截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数与换热管截面面积的关系曲线；A’、B’为扁平截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数与流速的关系曲线；C、C’分别为圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数与换热管截面面积、流速的关系曲线图。由图1可见相同通流截面积下，扁平截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数相对圆形截面形状的螺旋凹槽换热管换热系数提高很多。由图2可见随流速的增大，扁平截面形状的螺旋凹槽换热管换热系数增长较快，而圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数到某一时期较快趋于平稳。因此，可以看出，利用本技术制成的冷却器能够在同等的体积尺寸下，获得更大的冷却效果，大大提高汽车发动机的排放性能指标，满足更高的环保排放要求。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术扁平截面形状的螺旋凹槽换热管与圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数和截面面积关系的实验结果比较图；图2为本技术扁平截面形状的螺旋凹槽换热管与圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数和流速关系的实验结果比较图；图3为本技术第一实施例立体结构示意图；图4为图3所示第一实施例的截面形状示意图； 图5为本技术第二实施例的立体结构示意图；图6为图5所示第二实施例的截面形状示意图；图7为本技术第三实施例的立体结构示意图；图8为图7所示第三实施例的截面形状示意图；图9为本技术第四实施例的立体结构示意图；图10为图9所示第四实施例的截面形状示意图。具体实施方式图3、4所示分别为本技术第一实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。图中，换热管是表面具有一条向内凸起的螺旋凹槽21的不锈钢管体2。为了充分利用换热管的表面来实现最大效率的热交换，且易于生产加工，本实施例将换热管相邻的两面之间设置为半径为R的圆弧形过渡连接，该换热管截面除去螺旋凹槽的截面形状，不锈钢管体2的截面形状即为矩形，且相邻的两面之间为弧形过渡连接，如图4所示，其中a为截面高度；该螺旋凸起可以是一条以上；螺旋凹槽的截面形状可以设置为“U”形或“V”形，利于小尺寸形面的生成；凹槽螺旋升角设计为20～75度之间；凹槽深度不小于0.4mm。图5、6所示分别为本技术第二实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。本实施例与上述第一实施例的区别在于不锈钢管体2的两个相对的短边为由内向外呈弧形凸起的、半径为R1的圆弧面，如图6所示；其余部分与实施例一相同。这样的设置，便于生产加工，且不降低换热效率。图7、8所示分别为本技术第三实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。为了保证产品质量，本实施例在实施例二的基础上，将不锈钢管2的两个相对的长边也设置为呈由内向外凸出的弧线，即将不锈钢管2的四个表面均设置成由内向外呈弧形凸起的圆弧面；并且，如图8所示，长边的圆弧半径R′远远大于短边的半径R，这样不会出现表面“塌陷”的现象；其余部分与实施例一相同。图9、10所示为本技术第四实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。本实施例是在上述第三实施例截面形状的基础上的一个等效变形，即在除去螺旋凹槽的截面形状的情况下，不锈钢管体2的截面形状为一椭圆形；其余部分与实施例一相同。利用本技术制成的冷却器在同等的体积尺寸下，获得了更大的冷却效果，大大提高了汽车发动机的排放性能指标，满足了更高的环保排放要求。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋凹槽换热管，包括表面具有向内凸起的螺旋凹槽的不锈钢管体，其特征在于：所述不锈钢管体的截面形状的高度与宽度不相等。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景建周，杨晓瑷，沈董浩，景建坤，
申请(专利权)人：北京美联桥科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]