[发明专利]一种传热管

说明书

技术领域

本发明属于传热元件，具体涉及一种等直径圆形截面螺旋状传热管。

背景技术

传统换热器上常用的传热管主要包括螺旋槽管、横槽纹管、纵槽管、缩放管、内翅管以及波纹管等，其强化传热机理主要依靠减薄边界层厚度、增加壁面的换热面积以及加强壁面附近流体的扰动等，在换热得到强化的同时，均不同程度存在某些不足，如流阻增大、结焦结垢甚至堵塞、安全性降低以及加工费用增加等，在实际推广应用中受到一定局限。见Bercles A E.Handbook of heat transfer applications.New York：McCraw-Hill，1985；以及Webb R L.Principles of Enhanced Heat Transfer.John Wiley & Sons，New York，ISBN 0-471-57778-2(1994)。

为了克服或弥补上述传热管及其强化传热机理的不足之处，过增元等人从能量方程出发，提出了强化传热的场协同原理，认为流体对流换热的性能取决于速度场与热流场的协同，在相同的速度和温度边界条件下，它们的协同程度越好，换热强度就越高；见Cuo Z Y，Li Z Y，Wanc B X.A novel concept for convective heat transfer enhancement.Iht.J.Heat Mass Transfer，1998，41(2)：2221～2225。现有的采用场协同原理的新型传热管主要包括扭曲椭形截面换热管、交叉椭形截面换热管、急扩加速流缩放管以及管段和/或管段截面呈异型/形的强化换热管等，见(1)孟继安1999年提出的扭曲椭形截面换热管，中国专利号97221659.6；(2)孟继安2004年提出的交叉椭形截面换热管，中国专利号00136122.8；(3)邓先和、陈颖、张亚君2004年提出的急扩加速流缩放管，中国专利号03273853.6；(4)孟继安、过增元、胡桅林等2005年提出的管段和/或管段截面呈异型/形的强化换热管，中国专利号03138077.8。它们主要利用管内截面变化诱导产生的强烈二次流和纵向涡流改变速度场与温度场之间的协同关系来实现换热的强化，流阻相对于传统传热管有一定程度的降低，但由于管内强烈的二次流和纵向涡流的存在，导致管内流动局部阻力明显增加，在换热增强的同时功耗也相应增加，综合节能效果还不够突出。

发明内容

本发明提供一种传热管，在强化换热的同时，解决现有传热管管内流动局部阻力增加过大的问题，通过传热管等直径圆形截面螺旋式流道迫使管内流体整体向前旋流，改变速度场与温度场之间协同关系，有效抑制管内流动局部阻力的产生，在沿程阻力增加较小的情况下，实现同功耗下换热增强的效果。

本发明的一种传热管，其特征在于：

其任一横截面形状均为相等直径的圆形，传热管内径d为1～2000mm，壁厚b为0.1～20mm；传热管中心轴线为圆柱形螺旋线或者以导程W为周期的三次样条曲线；

传热管中心轴线为圆柱形螺旋线时，在笛卡尔坐标系中满足下述方程：

x＝a×cosθ，

y＝a×sinθ，

z＝S×θ/2π，

其中，x、y、z分别为圆柱形螺旋线上各点在笛卡尔坐标系中x、y、z轴的坐标，螺旋半径a为0.1～1000mm，变量θ为弧度，螺旋线节距S为1～5000mm；

传热管中心轴线为以导程W为周期的三次样条曲线时，单个导程W内中心轴线在笛卡尔坐标系中符合下述方程确定的三次样条曲线E1：