專利名稱:分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種換熱裝置,具體涉及的是一種為強(qiáng)化換熱而設(shè)計(jì)的具有分形 表面結(jié)構(gòu)特征的換熱管。
背景技術(shù):
換熱器廣泛用于能源、動(dòng)力、環(huán)保、化工等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著工業(yè)節(jié)能減排工作 的推進(jìn),對(duì)涉及能耗的各個(gè)環(huán)節(jié)采用積極有效的節(jié)能措施將具有重要工程價(jià)值和意義。對(duì) 換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高其換熱效能,是節(jié)能減排的一個(gè)重要舉措。換熱管是換熱器的主要部件之一,對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高換熱器效能的重要途 徑。由場(chǎng)協(xié)同理論可知,對(duì)于流動(dòng)換熱而言,光滑管設(shè)計(jì)并不是最為優(yōu)化的換熱方式。對(duì) 流換熱的熱阻主要集中在底層,所以強(qiáng)化底層的換熱是重點(diǎn),同時(shí)改善管內(nèi)流動(dòng),增加管內(nèi) 擾流,為強(qiáng)化換熱的方向。目前,換熱管的強(qiáng)化換熱一般是采用螺紋、波紋等肋化表面設(shè)計(jì) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。該種肋化表面是通過(guò)在流動(dòng)換熱區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的局部擾動(dòng),提高了流體湍動(dòng)能強(qiáng)度, 實(shí)現(xiàn)了傳熱邊界層的重新生成并增強(qiáng)了通道內(nèi)冷熱流體傳熱系數(shù),提高了換熱管的傳熱性 能。然而,現(xiàn)有的螺紋、波紋等肋化表面設(shè)計(jì)尚未能充分利用換熱管的表面空間,并且,還缺 少考慮流體主流流型對(duì)管內(nèi)熱傳遞影響。為此,本實(shí)用新型將換熱管表面設(shè)計(jì)成具有分形結(jié)構(gòu)特征以充分利用換熱管的表 面空間,并在管內(nèi)插入異形擾流體以提高流動(dòng)換熱的場(chǎng)協(xié)同性,進(jìn)而達(dá)到高效換熱和節(jié)能 的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,而提供了一種新型 的具有分形表面結(jié)構(gòu)特征、并在其管內(nèi)插入異形擾流體的換熱管,該換熱管能提高換熱管 內(nèi)的流動(dòng)換熱的場(chǎng)協(xié)同性,達(dá)到高效換熱和節(jié)能作用。技術(shù)方案為解決換熱管設(shè)計(jì)上存在的技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種分形 表面結(jié)構(gòu)式換熱管,包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件,所述的肋化表面沿流動(dòng)方 向的螺旋形地布置在所述管殼的內(nèi)壁,所述的異形擾流體布置在換熱管內(nèi)部,所述的異形 擾流體通過(guò)所述的連接件固定在所述的管殼上,其特征在于所述的肋化表面為具有分形 結(jié)構(gòu)特征的表面,沿流動(dòng)方向呈螺旋形延伸;所述的異形擾流體外表面呈現(xiàn)凹凸分布,且其 截面形狀沿流動(dòng)方向呈周期性變化。所述的具有分形結(jié)構(gòu)特征的肋化表面采用Cantor集分形結(jié)構(gòu),至少布置有兩級(jí) 肋化表面結(jié)構(gòu)??紤]到實(shí)際加工要求,所述的肋化表面結(jié)構(gòu)的分形級(jí)數(shù)為2到10級(jí)。Cantor 集分形結(jié)構(gòu)具有自仿射拓?fù)涮卣?,其分形輪廓的生成過(guò)程是(1)在水平方向,將第0級(jí)表面輪廓分為Qs-I)段(S為凸起段數(shù)),將各段從左 到右按1,2……依次排序,其中奇數(shù)段與奇數(shù)段等長(zhǎng),偶數(shù)段則與偶數(shù)段等長(zhǎng),奇數(shù)段總長(zhǎng)L1為初始表面輪廓長(zhǎng)度L。的l/fx(fx> 1)。在垂直方向上,偶數(shù)段凸起高度保持Iitl ;(2)將上述各奇數(shù)段再次按上述方法各分成Os-I)段,其中的偶數(shù)段高度、為上 一級(jí)偶數(shù)段凸起高度K的l/fz(fz > 1);(3)不斷重復(fù)以上步驟,根據(jù)這種方法生成的分形輪廓,其(n+1)級(jí)水平方向長(zhǎng)度 和凸起高度分別為
權(quán)利要求1.一種分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管,包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件,所述的肋 化表面沿流動(dòng)方向的螺旋形地布置在所述管殼的內(nèi)壁,所述的異形擾流體布置在換熱管內(nèi) 部,所述的異形擾流體通過(guò)所述的連接件固定在所述的管殼上,其特征在于所述的肋化表 面為具有分形結(jié)構(gòu)特征的表面,沿流動(dòng)方向呈螺旋形延伸;所述的異形擾流體外表面呈現(xiàn) 凹凸分布,且其截面形狀沿流動(dòng)方向呈周期性變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管,其特征在于所述的具有分形結(jié)構(gòu) 特征的肋化表面采用康托集分形結(jié)構(gòu),至少布置有兩級(jí)肋化表面結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管,其特征在于所述的康托集分形結(jié) 構(gòu)的分型維數(shù)為1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管,其特征在于所述的擾流體由多個(gè) 橄欖體前后相續(xù)連接而成,截面形狀沿流動(dòng)方向呈周期性變化,其外表面上布置有連續(xù)的 凹凸體,所述的凹凸體的截面形狀為三角形、矩形、梯形、圓形或上述三種形狀的組合結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分形表面結(jié)構(gòu)式換熱管,包括管殼、肋化表面、異形擾流體和連接件,所述的肋化表面沿流動(dòng)方向的螺旋形地布置在所述管殼的內(nèi)壁,所述的異形擾流體布置在換熱管內(nèi)部,所述的異形擾流體通過(guò)所述的連接件固定在所述的管殼上,其特征在于所述的肋化表面為具有分形結(jié)構(gòu)特征的表面,沿流動(dòng)方向呈螺旋形延伸;所述的異形擾流體外表面呈現(xiàn)凹凸分布,且其截面形狀沿流動(dòng)方向呈周期性變化。該換熱管大大提高了管內(nèi)流動(dòng)換熱的場(chǎng)協(xié)同性。以上這些因素大大強(qiáng)化了該型換熱管的換熱性能,進(jìn)而達(dá)到高效換熱、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)F28F13/12GK201892469SQ20102067136
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者張程賓, 眭佳佳, 陳永平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)