[发明专利]一种耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件的制备方法及应用

说明书

一种耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件的制备方法及应用，它属于传热学的工程应用技术领域，具体涉及一种传热元件的制备方法及应用。本发明的目的要解决现有内凹式螺旋波纹管传热元件存在无法满足在高压流体工作条件下长期稳定运行，及使管内流通面积大大缩减的问题。制备方法：利用厚壁光管在模具中液压涨型而成；在液压涨型过程中合模力随时间逐级增加；在液压涨型过程中内压力随时间逐级增加。耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件作为传热元件，应用于管壳式换热器或套管式换热器中。本发明耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件作为管壳式换热器的传热元件应用于核电气‑汽联合循环系统中。

技术领域

本发明属于传热学的工程应用技术领域，具体涉及一种传热元件的制备方法及应用。

背景技术

换热器作为热量传递和交换的设备，被广泛应用于能源、动力、石油、化工、冶金、轻工等行业中。它不仅是工艺流程中必不可少的中间设备，也是开发二次能源实现余热回收节能减排的重要设备。开发设计安全、可靠的具有高效换热性能的强化传热元件对节省换热器金属消耗、投资和空间而言是非常重要的。

内凹式螺旋波纹管传热元件作为强化传热元件应用于换热设备已在国外应用多年。通过对光管进行冲压、轧制等工艺加工，使管子壁面具有波纹形式，不仅增加了传热面积，而且对管内、外的流体增加了扰动，提高了换热系数。

采用内凹式螺旋波纹管传热元件取代普通光管是一种双侧强化传热方法，可以使管子两侧的流体产生有利于换热的二次流和螺旋流，使双侧换热效果均得到提高。

目前常见的内凹式螺旋波纹管传热元件均为冲压、轧制而成，其特点是加工工艺简单成本较低，虽然在增加换热面积和提高换热性能方面也有明显的效果。但采用内凹式螺旋波纹管有以下不足之处：1、加工过程中容易产生集中应力，成型后需要进一步无损探伤和水压检测，且无法满足在高压流体工作条件下长期稳定运行。2、内凹波结使管内流通面积大大缩减，造成管内流体的阻力提升非常明显，增加了泵功的损耗。

发明内容

本发明的目的要解决现有内凹式螺旋波纹管传热元件存在无法满足在高压流体工作条件下长期稳定运行，及使管内流通面积大大缩减的问题，而提供一种耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件的制备方法及应用。

一种耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件的制备方法是按以下步骤完成的：

利用厚壁光管在模具中液压涨型而成，液压涨型时间为45s，即得到耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件；在液压涨型过程中合模力随时间逐级增加，设时间为t，单位为s，合模力为F，单位为kN，当0≤t＜10s时，F＝450t；当10≤t＜40s时，F＝500t/3+8500/3；当40≤t≤45s时，F＝9500；在液压涨型过程中内压力随时间逐级增加，设时间为T，单位为s，内压力为P，单位为MPa，当0≤T＜10s时，P＝12T；当10≤T＜40s时，P＝6T+60；当40≤T≤45s时，P＝300；

所述耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件为外胀式螺旋波纹管，所述外胀式螺旋波纹管由直管段和外凸波结组成，所述外凸波结围绕直管段呈螺旋状旋转递进，所述外凸波结的波结倒角为2.5mm，所述外凸波结的波结高度为0.5mm～2.5mm，所述外凸波结的波结间距为10mm～30mm，所述外凸波结的波结宽度为8mm。

本发明原理：所述耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件，其螺旋波纹壁面使管内外流体产生与流向垂直的横向脱涡流和与流向相同的纵向螺旋流，在两种涡流耦合作用下破坏了边界层的发展并且增加了近壁面处流体与核心流体之间的热量和质量交换，实现强化换热作用。

一种耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件的应用，耐高压外胀式螺旋波纹管强化传热元件作为传热元件，应用于管壳式换热器或套管式换热器中。