[发明专利]一种轴对称型交叉内翅片强化换热管

说明书

技术领域

本发明属于换热管技术领域，涉及一种换热器单元结构，特别是一种轴对称型交叉内翅片强化换热管。

背景技术

换热器在国民经济的各行业有着广泛的应用，是能源、石油、化工、冶金、动力、轻工、食品乃至航空航天行业中最常见的设备之一。它不仅是保证工艺流程和条件所广泛使用的设备，而且也是开发二次能源，实现热回收节约能源消耗的重要设备。开发设计先进的强化换热管以及换热设备的合理设计、运转和改进对于节省金属、能源、资金和空间而言是十分重要的。

在换热管中加入内翅片，既可在一定程度上增加换热面积，又改变了流体在管内的流动型式和阻力分布，提高了换热系数。

采用内翅式换热管可起到两个作用，一是提高管内工质到管壁的换热系数；另一是降低管壁温度。管内存在内翅片后，通道截面的当量直径减小，由于当量直径的减小和内壁换热面积的增大，使直内翅管的换热系数远高于光管。因而在相同换热量时，与光管相比可保持较低的管壁温度，不仅能提高单相气流对流换热系数，同时适合于冷凝产生的场合，当有冷凝相变换热时，较低的金属壁温可以获得较大的冷凝量和较好的冷凝效果。

采用内翅式换热管取代普通光管是一种强化管内流体对流换热的方法，适用于管内侧热阻大于管外侧热阻的情况。内翅对换热管内流体换热强度的影响是从两方面实现的。一是内翅把管子分成了许多当量直径较小的流体通道，可以增加管内侧的换热面积；另外一方面，翅片的合理配置还可以改善管内的流动工况：在翅高和翅片数的一定组合下，在管子中心和翅间空间会形成有利于换热的二次流，使换热效果明显提高。

目前采用的最有效内翅管由两个相同的半壳借助于槽状凹陷和肋状凸起互相插接而成，半壳为一侧敞开的成型件，半壳内壁上分布着轴向贯穿的翅片，在半壳横截面上，翅片垂直于接合面成梳状排列，一直延伸到接近接合面的位置，两半壳插接后相对的翅片顶端间均留有一定间隙，该内翅管必须配合外套管使用。该结构的内翅管具有较高的翅化比，能够较大程度上破坏无翅片情况下的径向温度分布模式，增加换热面积和对流换热系数，使得截面温度场出现大量低温区域，但是该结构仍有以下不足之处：

1、无法实现截面温度场均匀的最大化。该内翅结构使得高温烟气流经整个换热管时只能经过固定通道，不同通道的高温烟气相互间的热量交换较少，特别是管道中心无翅片区域仍然为高温气流区域，无法实现截面温度场均匀的最大化。

2、难以保证密封，难以保证与外管接触良好。内翅管由两个半壳插接而成，难以保证密封，因此必须配合外套管使用，又存在与外套管接触不良的问题，很大程度上降低了换热效果。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种轴对称型交叉内翅片强化换热管，烟气沿管流动过程中能够产生相当于管内流的进口段效应和尾流(产生漩涡)共同作用的效果，不断将温度不均的烟气进行掺混，使少量高温烟气的热量平均分配给大量较低温度的烟气，保证总体烟温较低的同时，实现截面温度场均匀的最大化，同时增强了扰动，强化了管内换热；还能够完全破坏无翅片情况下的径向温度分布模式，极大地增加换热面积和流体湍流度，增强对流换热系数，达到最好的换热效果；对于具有凝结相变换热的场合，不仅能增加凝结换热的壁面，而且极大地减薄了不凝结气体边界层厚度，增大冷凝换热系数。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轴对称型交叉内翅片强化换热管，包括相间隔排列的多个单元管1和旋转单元管2，所述旋转单元管2是由单元管1旋转预设角度而成，所述单元管1沿轴向在其内与单元管1侧壁一体连接有多对上下相对的翅片3和贯穿换热管横截面的宽翅片4，所述宽翅片4位于单元管1内的左侧和右侧，所述多对翅片3位于左侧和右侧的宽翅片4间，且每一对上下相对的翅片3成轴对称，每对翅片3顶端之间的距离为预设距离L3；所述宽翅片4和翅片3沿轴向延伸但不完全贯穿，使得单元管1和旋转单元管2内留有预设长度的光滑段L1和内翅段L2。

还包括设置在相间隔排列的多个单元管1和旋转单元管2外周圈并和其外壁相接触外套管5。

所述光滑段L1和内翅段L2的比值为0.2～0.5。

所述预设角度为45°～90°。

所述预设角度为60°或90°。

所述预设距离L3为6～8mm。

所述翅片3的数目根据通入的烟气温度变化，当温度低时，翅片3的数目增加。

所述宽翅片4和翅片3为带孔的平板、球形鼓泡、条形鼓泡、波形、分段锯齿形翅片或者交叉锯齿形翅片。