專利名稱：螺旋凹槽換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋凹槽換熱管，尤其是一種應(yīng)用于汽車發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的、具有高度與寬度不相等的截面形狀的螺旋凹槽換熱管。
背景技術(shù)：
廢氣再循環(huán)冷卻技術(shù)是一項有效、可靠降低柴油發(fā)動機氮氧化合物排放量的技術(shù)，其工作原理是通過冷卻器把排出的廢氣溫度降低后，回傳到發(fā)動機的燃燒室里，來降低燃燒室的溫度，從而減少氮氧化合物的生成和排放。其中，冷卻器是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其換熱效率的高低決定了再循環(huán)廢氣的溫度高低，因此，如何在保持經(jīng)濟性的前提下提高廢氣再循環(huán)冷卻器的換熱效率，是設(shè)計冷卻器的一項首要技術(shù)指標(biāo)。而換熱管是冷卻器中的關(guān)鍵部件，換熱管的換熱系數(shù)的高低很大程度上決定了冷卻器的換熱效率，所以需要不斷盡可能地提高換熱管的換熱系數(shù)。
目前，發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻器中大量使用的換熱管都是采用一種表面帶有向內(nèi)凸起螺旋凹槽的橫截面為圓形的不銹鋼管。但是，隨著環(huán)保法規(guī)對汽車尾氣排放的要求日益提高，這種截面形狀為圓形的螺旋凹槽換熱管的換熱效果已不能滿足未來對汽車氮氧化合物的生成和排放量的限制將呈幾十甚至上百倍的增加的要求，對于目前愈來愈嚴(yán)格的排放要求和激烈競爭的經(jīng)濟市場，在有限安裝空間的發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管已顯得力不從心了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管在熱交換效率上已經(jīng)不能滿足未來的環(huán)保需求的現(xiàn)狀，而設(shè)計一種具有更高換熱效率的換熱管，該換熱管能夠在冷卻器體積不變的狀態(tài)下，大大提高熱交換效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種螺旋凹槽換熱管，包括表面具有向內(nèi)凸起的螺旋凹槽的不銹鋼管體，其中，所述不銹鋼管體的截面形狀的高度與寬度不相等。
上述方案中，所述不銹鋼管體的截面形狀可以為矩形，且相鄰的兩邊之間為弧形過渡連接；所述不銹鋼管體的截面形狀也可以由兩個相對的短邊和兩個相對的長邊構(gòu)成，其中，所述短邊呈由內(nèi)向外凸出的弧線，所述長邊可以為直線，也可以呈由內(nèi)向外凸出的弧線；所述不銹鋼管體的截面形狀還可以為橢圓形。需要說明的是，為了更好的描述，所述不銹鋼管體的上述截面形狀是在假設(shè)沒有螺旋凹槽的情況下呈現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)形狀，本發(fā)明中的換熱管的截面形狀是所述不銹鋼管體的上述截面形狀與所述螺旋凹槽的截面形狀的組合。所述螺旋凹槽可以設(shè)置為多條，而且每條螺旋凹槽均可以為連續(xù)設(shè)置或斷續(xù)設(shè)置；螺旋凹槽的截面形狀可以設(shè)置為“U”形或“V”形，利于小尺寸形面的生成；凹槽螺旋升角β設(shè)計為20～75度之間；凹槽深度D不小于0.4mm，能使流體在管內(nèi)產(chǎn)生充分的紊流；同時，為了確保經(jīng)濟實用，簡化加工難度，故將截面所有銳角均設(shè)計為圓弧R過渡，其中，所述凹槽與所述不銹鋼管體的表面之間同樣為圓滑過渡連接，使所有表面均能進行充分良好地?fù)Q熱，徹底消除了熱交換死角。
當(dāng)廢氣通過這種換熱管時，會繞流螺旋凸起部位，發(fā)生局部壁面邊界層分離，在螺旋凸起后面形成渦旋，這種邊界層分離與產(chǎn)生渦旋使得傳熱得以增強。并且螺旋凸起可引發(fā)廢氣作螺旋運動，導(dǎo)致廢氣中產(chǎn)生復(fù)雜的二次渦旋流動(也稱為二次流)，增大了廢氣的湍流度，尤其增大了對近壁區(qū)邊界層的擾動，促進了邊界層與核心區(qū)流體的摻混，使得熱對流增強；二次流還具有使截面速度分布趨于均勻的效果，尤其上述矩形、橢圓等四種這類扁平截面的設(shè)計，使得二次流和旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力的聯(lián)合作用讓邊界層的厚度大大減薄，同時使臨界雷諾數(shù)降低，即從層流向湍流的轉(zhuǎn)變提早發(fā)生，強烈的湍流使得污垢在管內(nèi)遭到了激烈的沖蝕，因此，上述矩形、橢圓等四種這類扁平截面形狀的螺旋換熱管很難結(jié)垢，更利于熱傳導(dǎo)。
另外，我們也對相同截面積的圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管和上述扁平截面形狀的螺旋凹槽管的換熱效果經(jīng)過實驗進行了比較，詳見附圖1和圖2。圖中A、B為扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)與換熱管截面面積的關(guān)系曲線；A’、B’為扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)與流速的關(guān)系曲線；C、C’分別為圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)與換熱管截面面積、流速的關(guān)系曲線圖。
由圖1可見相同通流截面積下，扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)相對圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管換熱系數(shù)提高很多。
由圖2可見隨流速的增大，扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管換熱系數(shù)增長較快，而圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)到某一時期較快趨于平穩(wěn)。
因此，可以看出，利用本發(fā)明制成的冷卻器能夠在同等的體積尺寸下，獲得了更大的冷卻效果，大大提高了汽車發(fā)動機的排放性能指標(biāo)，滿足更高的環(huán)保排放要求。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管與圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)和截面面積關(guān)系的實驗結(jié)果比較圖；圖2為本發(fā)明扁平截面形狀的螺旋凹槽換熱管與圓形截面形狀的螺旋凹槽換熱管的換熱系數(shù)和流速關(guān)系的實驗結(jié)果比較圖；圖3為本發(fā)明第一實施例立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3所示第一實施例的截面形狀示意圖；
圖5為本發(fā)明第二實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5所示第二實施例的截面形狀示意圖；圖7為本發(fā)明第三實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7所示第三實施例的截面形狀示意圖；圖9為本發(fā)明第四實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖9所示第四實施例的截面形狀示意圖。
具體實施例方式
圖3、4所示分別為本發(fā)明第一實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖及截面形狀示意圖。圖中，換熱管是表面具有一條向內(nèi)凸起的螺旋凹槽21的不銹鋼管體2。為了充分利用換熱管的表面來實現(xiàn)最大效率的熱交換，且易于生產(chǎn)加工，本實施例將換熱管相鄰的兩面之間設(shè)置為半徑為R的圓弧形過渡連接，該換熱管截面除去螺旋凹槽的截面形狀，不銹鋼管體2的截面形狀即為矩形，其高度與寬度不相等，且相鄰的兩邊之間為弧形過渡連接，如圖4所示，其中a為截面高度；該螺旋凸起可以是一條以上；螺旋凹槽的截面形狀可以設(shè)置為“U”形或“V”形，利于小尺寸形面的生成；凹槽螺旋升角設(shè)計為20～75度之間；凹槽深度不小于0.4mm。
圖5、6所示分別為本發(fā)明第二實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖及截面形狀示意圖。本實施例與上述第一實施例的區(qū)別在于不銹鋼管體2的兩個相對的短邊為由內(nèi)向外呈弧形凸起的、半徑為R1的圓弧面，如圖6所示；其余部分與實施例一相同。這樣的設(shè)置，便于生產(chǎn)加工，且不降低換熱效率。
圖7、8所示分別為本發(fā)明第三實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖及截面形狀示意圖。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，本實施例在實施例二的基礎(chǔ)上，將不銹鋼管2的兩個相對的長邊也設(shè)置為呈由內(nèi)向外凸出的弧線，即將不銹鋼管2的四個表面均設(shè)置成由內(nèi)向外呈弧形凸起的圓弧面；并且，如圖8所示，長邊的圓弧半徑R′遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短邊的半徑R，這樣不會出現(xiàn)表面“塌陷”的現(xiàn)象；其余部分與實施例一相同。
圖9、10所示為本發(fā)明第四實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖及截面形狀示意圖。本實施例是在上述第三實施例截面形狀的基礎(chǔ)上的一個等效變形，即在除去螺旋凹槽的截面形狀的情況下，不銹鋼管體2的截面形狀為一橢圓形，其長軸b大于截面高度a；其余部分與實施例一相同。
利用本發(fā)明制成的冷卻器在同等的體積尺寸下，獲得了更大的冷卻效果，大大提高了汽車發(fā)動機的排放性能指標(biāo)，滿足了更高的環(huán)保排放要求。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種螺旋凹槽換熱管，包括表面具有向內(nèi)凸起的螺旋凹槽的不銹鋼管體，其特征在于所述不銹鋼管體的截面形狀的高度與寬度不相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述不銹鋼管體的截面形狀為矩形，且相鄰的兩邊之間為弧形過渡連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述不銹鋼管體的截面形狀由兩個相對的短邊和兩個相對的長邊構(gòu)成，其中，所述短邊呈由內(nèi)向外凸出的弧線，所述長邊為直線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述兩個相對的長邊呈由內(nèi)向外凸出的弧線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述不銹鋼管體的截面形狀為橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述螺旋凹槽為一條或多條。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述一條或多條螺旋凹槽為連續(xù)設(shè)置或斷續(xù)設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述螺旋凹槽的截面形狀為“U”形或“V”形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺旋凹槽換熱管，其特征在于所述螺旋凹槽與所述不銹鋼管體的表面之間為圓滑過渡連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺旋凹槽換熱管，該換熱管包括表面具有向內(nèi)凸起的螺旋凹槽的不銹鋼管體，其中，所述不銹鋼管體的截面形狀的高度與寬度不相等。在汽車發(fā)動機廢氣循環(huán)系統(tǒng)中，這種具有高度與寬度不相等的截面形狀的螺旋凹槽管作為冷卻器的換熱管，可以使冷卻器獲得很高的換熱能效，同時管內(nèi)、外非常不易積垢，大大提高了汽車發(fā)動機的排放性能指標(biāo)，滿足更高的環(huán)保排放要求。
文檔編號F28F1/10GK101033925SQ20061005722
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者景建周, 景建坤, 楊曉瑗, 沈董浩 申請人:北京美聯(lián)橋科技發(fā)展有限公司