內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及強化換熱及換熱管領域，尤其涉及一種內插螺旋翅片螺旋槽管強化換 熱管。
【背景技術】
[0002] 管殼式換熱器是換熱器的一種，廣泛應用于石油、化工、輕紡、冶金、電子、電訊等 工業部門。本發明涉及的水冷卻器屬于管殼式換熱器，微型指管側流量小于20kg/min，適用 于汽車領域的廢氣再循環系統、渦輪增壓系統中的換熱器，如EGR冷卻器、中冷器等。圓截 面光管是管殼式換熱器通常采用的換熱管，但光管存在體積大、耗材多、且難以滿足高換熱 性能需要等不足。近40年來，換熱管得到長足發展，基于壁面擾流強化換熱思路開發出了 橫槽管、螺旋槽管等一系列強化換熱元件。尤其是螺旋槽管，在工程中已經得到較為普遍的 應用，但隨著行業的發展及節能減排的提出，螺旋槽管的換熱性能有待進一步提高，且其流 動阻力是限值其進一步開發的瓶頸。
【發明內容】
[0003] 本發明的針對現有螺旋槽換熱管提升換熱卻增大流動阻力的弊端，提供一種內插 螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管。
[0004] 為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種內插螺旋翅片螺旋槽管強化換 熱管，包括依次連接的預留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在 光管內的螺旋翅片組成，翅片寬度為光管內徑的〇. 3-0. 4倍，翅片總長為1-2個翅片螺旋線 的螺距長。
[0005] 進一步地，所述螺旋翅片的厚度為光管管壁厚度的0. 6-1倍。
[0006] 進一步地，螺旋翅片管的長度為占強化換熱管的總長的0.1-0. 2。
[0007] 進一步地，所述螺旋槽管的內壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一種或多種組 合。
[0008] 進一步地，所述螺旋槽管的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一種或多種組 合。
[0009] 本發明與現有技術相比，具有強化傳熱作用顯著、流動阻力較小且能與多種管配 合、適用范圍廣等優點。通過螺旋翅片管和螺旋槽管的配合，內插螺旋翅片使得在管內的 介質流動形成螺旋流，并在非螺旋翅片管依然持續螺旋流動，增加了平均溫度驅動力，增強 了擾流，所以能強化換熱，而螺旋翅片產生的螺旋流與螺旋槽管段的流體流動形式相似，所 以在一定程度上能減小流動阻力，擾流大大增強。與光管配合時，傳熱系數增大了 14%。 與螺旋槽管配合時，換熱系數在螺旋槽管的基礎上又提升了 3% -10%，且流動阻力下降了 16% -30%。且內插螺旋翅片管段為單獨加工、清洗方便、長度較小、用料少也節省空間，對 于進一步開發強化換熱管具有十分重要的工程應用價值。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管的結構示意圖；
[0011] 圖2是本發明安裝于EGR冷卻器的結構示意圖；
[0012] 圖3是螺旋翅片管的結構簡圖；
[0013] 圖4是螺旋翅片管的截面圖；
[0014] 圖中，1為冷卻介質入口、2為換熱管的布管板、3為被冷卻介質的入口、4為預留光 管、5為冷卻介質出口、6為被冷卻介質出口、螺旋槽管7、螺旋翅片管8。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，本發明內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管包括依次連接的預留光管 4、螺旋翅片管8和螺旋槽管7,連接處密封。預留光管4用于將強化換熱管安裝于EGR冷卻 器等冷卻設備上，與冷卻設備的被冷卻介質的入口 3相通；螺旋翅片管8和螺旋槽管7均用 于增強擾流，強化換熱；本發明在螺旋槽管7的基礎上，通過引入螺旋翅片管8,減小的流動 阻力，增強了擾流效果。
[0016] 作為本領域常用的技術手段，螺旋槽管7的內壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面 中一種或多種組合。外壁面也可以由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一種或多種組合。
[0017] 圖2為本發明安裝于EGR冷卻器的結構示意圖，即將本發明的內插螺旋翅片螺旋 槽管強化換熱管替換了現有技術中常用的單一的螺旋槽管7。其中，預留光管4與布管板2 固定連接，使得預留光管4與被冷卻介質的入口 3相通。被冷卻介質從預留光管4流向螺 旋槽管7,形成持續的螺旋流，最后從被冷卻介質出口 6排出；冷卻介質從入口 1進入，從出 口 5排出；被冷卻介質與冷卻介質在EGR冷卻器的腔體內換熱。
[0018] 附圖3中標出的L為螺旋翅片的長度，其長度根據換熱要求進行設計。螺距長度 Lp為螺旋線垂直于管軸線方向旋轉360度沿軸向延伸的長度，計算公式如下：
[0019]
[0020] L=n?Lp
[0021] 其中1為螺旋線的總長，山為換熱圓管的內徑，n為選取螺距的個數，根據單因素 試驗，得到n與換熱效果的關系如下表所示：
[0022]
[0023] 附圖4中的S為螺旋翅片的厚度，其值為〇. 5-1倍的換熱圓管厚度。d。可以間接 表示螺旋翅片的寬度b，其值為換熱圓管內半徑f與螺旋翅片寬度b之差： .2:
[0024]
[0025] 根據單因素試驗，得到d。與換熱效果的關系如下表所示：
[0026]
[0027] 由上可知，為保證擾流效果，減少螺旋翅片管8的流動阻力，提高換熱效率，翅片 寬度為光管內徑的〇. 3-0. 4倍，翅片總長為1-2個翅片螺旋線的螺距長。同時，為保證結構 強度，螺旋翅片的厚度一般為光管管壁厚度的〇. 6-1倍。
[0028] 內插螺旋翅片的最佳實施方式為胎具冷壓成形法。胎具冷壓成形發是將預先初步 加工成帶螺旋狀的坯料放入胎具中，在壓機上冷壓成形。加工專用的冷壓成形胎具后可批 量生產，生產效率高，螺旋翅片成形質量穩定，外觀質量好。由于螺旋翅片加工完成后還需 安裝到光管中，故而對螺旋線的精度要求較高，此時胎具的導程應該等于翅片導程加上坯 料冷壓后的導程反彈量。當采用不同材質加工螺旋翅片時，需要對螺旋翅片的坯料進行試 驗來確定還料的導程。
[0029] 內插螺旋翅片管段為光管。根據內插翅片在光管上的安裝位置描出相貫線，采用 激光切割切出相貫斷面，光管被螺旋斷面分為兩部分。再通過激光-電弧復合焊將光管兩 部分分別與螺旋翅片焊接。當螺旋翅片厚度較小或者光管厚度較小時，應采用適合薄板焊 接的激光與鎢極惰性氣體保護焊，激光功率不大于500W。
【主權項】
1. 一種內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，其特征在于，包括依次連接的預留光管 (4)、螺旋翅片管（8)和螺旋槽管（7);所述螺旋翅片管（8)由光管和焊接在光管內的螺旋 翅片組成；翅片寬度為光管內徑的0. 3-0. 4倍，翅片總長為1-2個翅片螺旋線的螺距長。2. 根據權利要求1所述的內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，其特征在于，所述螺旋 翅片的厚度為光管管壁厚度的〇. 6-1倍。3. 根據權利要求1所述的內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，其特征在于，螺旋翅片 管（8)的長度為占強化換熱管的總長的0. 1-0. 2。4. 根據權利要求1所述的內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，其特征在于，所述螺旋 槽管（7)的內壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一種或多種組合。5. 根據權利要求1所述的內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，其特征在于，所述螺旋 槽管（7)的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一種或多種組合。
【專利摘要】本發明公開了一種內插螺旋翅片螺旋槽管強化換熱管，包括依次連接的預留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在光管內的螺旋翅片組成，翅片寬度為光管內徑的0.3-0.4倍，翅片總長為1-2個翅片螺旋線的螺距長。螺旋翅片可使螺旋槽管段擾流大大增強，并減小流動阻力。與螺旋槽管配合時，換熱系數比螺旋槽管高出3％-10％，流動阻力減小16％-30％。內插螺旋翅片換熱管的內插翅片管段為單獨加工、長度較小、清洗方便、用料少也節省空間，可與多種不同形式的管段進行配合，對進一步開發強化換熱管具有十分重要的工程應用價值。
【IPC分類】F28F1/40
【公開號】CN105066764
【申請號】CN201510547824
【發明人】袁博, 郝志勇
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月31日