一種軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構及其翅片管束的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于傳熱學的工程應用技術領域，特別是涉及一種軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構及其翅片管束。
【背景技術】
[0002]工業(yè)鍋爐的鍋殼式結構和管式空氣預熱器以及化工過程的廢熱鍋爐廣泛使用煙管作為換熱管束，亦即鍋爐燃燒或化工過程的煙氣流經(jīng)管內(nèi)進行對流換熱，將熱量傳給管外側(cè)的工質(zhì)水，從而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換。
[0003]我們知道，當煙氣在管內(nèi)縱向沖刷流動時，煙氣和管壁面的換熱系數(shù)較小，而煙管中心的煙氣無法和管內(nèi)壁金屬接觸，需要很長的管束才能將煙溫降到合適的溫度水平，造成設備尺寸龐大。多少年來，研宄人員一直試圖強化管內(nèi)換熱，為此相繼開發(fā)了單頭螺紋煙管，橫紋管，內(nèi)插麻花片、彈簧等擾流子來強化管內(nèi)換熱，但是，無論是螺紋煙管，還是橫紋管以及內(nèi)插彈簧，只是對貼近壁面的氣流產(chǎn)生了擾動，強化效果一般，經(jīng)測試，螺紋煙管經(jīng)強化后其對流換熱系數(shù)僅增加20%?50% ;內(nèi)插麻花片雖然可以對管內(nèi)所有煙氣進行擾動，雖然強化效果比螺紋煙管、橫紋管及彈簧強化換熱效果好，但是煙氣阻力增加很多，動力損耗大，實際上產(chǎn)生了過擾動，工業(yè)上很少使用。目前，鑒于螺紋煙管加工簡單，一直被工業(yè)上用來強化管內(nèi)換熱，也是一種無奈的選擇，因此，研宄人員一直沒有停止過對管內(nèi)傳熱強化的不懈研宄和努力，本發(fā)明就是在這種背景下提出的。
[0004]目前，常見的內(nèi)翅結構大都采用中心對稱翅片的方式，對流體進行管內(nèi)流動分析可以發(fā)現(xiàn)，以中心對稱的方式進行翅片分布存在以下不足:
[0005]1、雖然中心對稱的等高翅片能夠在一定程度破壞近壁面流體邊界層，但是對于中心流體并不能起到作用，中心流場未能得到有效的破壞，較低的湍流度也限制了對流換熱系數(shù)的提尚。
[0006]2、不能完全破壞氣流溫度徑向分布模式，氣流中心不能得到翅片低溫表面的冷卻，仍然存在局部高溫氣流區(qū)域，無法實現(xiàn)流通截面換熱過程的溫度均勻最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構及其翅片管束，本發(fā)明軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構具有很高的翅化比，在僅有氣體對流換熱的情況下，軸對稱梳齒形內(nèi)翅片有效增強了元件內(nèi)熱氣體的對流擾動，可以直接插入煙氣主流溫度區(qū)，將管內(nèi)煙氣分割成多個氣流薄層，改變了傳熱元件內(nèi)從軸心到傳熱元件壁面的層狀溫度場分布，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度，連續(xù)不斷地破壞壁面和煙氣中心的流動邊界層；內(nèi)翅片顯著增加了換熱面積，單位長度的換熱量成倍增加，顯著增強了氣流和管內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)；煙氣縱向沖刷內(nèi)翅片，煙氣流動阻力增加較少。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0009]一種軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構，由中心肋I以及與中心肋I整體成型的垂直布置在中心肋I上的多組內(nèi)翅片對組成，每組內(nèi)翅片對由沿中心肋I呈軸對稱分布的兩個內(nèi)翅片2組成。
[0010]所述內(nèi)翅片2的表面做縱向波紋處理，波紋形式為鋸齒形、矩形或正弦函數(shù)波形。
[0011]所述中心肋I內(nèi)部沿內(nèi)翅片2伸展方向的垂直方向有開口。
[0012]所述內(nèi)翅片對的數(shù)量為3?8對。
[0013]所述內(nèi)翅片2的厚度為2?4mm。
[0014]所述整體成型采用整體鑄造、整體熱擠壓、機加工成形或線切割成形。
[0015]一種翅片管束，由上述所述的軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構以及布置在軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構外的外管3組成，所述外管3的內(nèi)壁形狀與軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的外部形狀相適配，所述外管3與軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構采用過盈配合。
[0016]所述外管3的截面形狀為圓形、橢圓形、腰圓形或矩形。
[0017]所述外管3的內(nèi)壁光滑或內(nèi)壁開有與軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的內(nèi)翅片2形狀相適配的縱向凹槽，縱向凹槽的數(shù)量與軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的內(nèi)翅片2的數(shù)量一致，縱向凹槽的槽深為1.0?1.5_。
[0018]所述外管3采用無縫管或由板卷制而成，其材料采用鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄鋁硅合金或不銹鋼；所述軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的材料也采用鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄鋁硅合金或不銹鋼。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0020]1、結構簡單，加工制作十分方便，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，節(jié)約成本；
[0021]2、元件內(nèi)流體被分割成不同流動空間，完全破壞了無板翅情況下的徑向溫度分布模式，對稱梳齒形內(nèi)翅片可以直接插入煙氣主流溫度區(qū)，將管內(nèi)煙氣分割成多個氣流薄層，有效減薄了氣體邊界層，擾亂了主流流體，促進邊界層流體和主流流體的混合，增強了對流換熱系數(shù)，強化了對流換熱能力。內(nèi)翅片顯著增加了換熱面積，單位長度的換熱量成倍增加，顯著增強了氣流和管內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)；煙氣縱向沖刷內(nèi)翅片，煙氣流動阻力增加較少，是一種典型的低阻力內(nèi)翅片結構。
[0022]3、該內(nèi)翅片結構可以直接用于對現(xiàn)役鍋殼式鍋爐或廢熱鍋爐進行改造(在所有的煙管中內(nèi)插翅片，在內(nèi)插翅片之前，先清理管內(nèi)煙垢及氧化皮，減小熱阻)，顯著降低排煙溫度，極大地提高現(xiàn)役鍋殼式鍋爐的熱效率，具有顯著的節(jié)能減排的效果。
[0023]4、該內(nèi)翅片結構也可以和外管組合構成翅片管束用于新建鍋爐的生產(chǎn)制造，明顯縮小鍋爐尺寸，顯著減少鋼耗量，使鍋爐緊湊，提高產(chǎn)品競爭力。
[0024]綜上所述，本結構設計簡單，加工方便，節(jié)約成本，并且傳熱傳質(zhì)效果好，通過對稱梳齒板式結構的設置，優(yōu)化了管內(nèi)流動和傳熱過程，并與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密，有極強的工業(yè)應用價值。
[0025]通過專利檢索，本申請以文件號為CN1144558A作為對比文件，經(jīng)過專利分析與對比，本專利在結構和功能上與該專利存在明顯區(qū)別。在結構上，對比文件采用上下半殼相互插接構成成型嵌件，并將肋固定在半殼上；本申請采用軸對稱梳齒形內(nèi)翅片，為一次整體成型，簡化了加工環(huán)節(jié)和工藝。在功能上，本申請不僅可以用于新建鍋爐的生產(chǎn)制造，還能直接用于對現(xiàn)役鍋殼式鍋爐或廢熱鍋爐的改造，符合節(jié)能減排時代大環(huán)境的需求，這是對比專利所不能實現(xiàn)的。所以本申請是在工程實踐運用中得到的啟發(fā)，具有創(chuàng)造性。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的剖面示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明翅片管束的立體圖。
[0028]圖3為本發(fā)明軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構及其翅片管束的內(nèi)翅片表面加工成正弦函數(shù)波形的剖面示意圖。
[0029]圖4為本發(fā)明軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構及其翅片管束的中心肋沿內(nèi)翅片伸展方向的垂直方向做開口處理的剖面示意圖。
[0030]圖5a為內(nèi)壁光滑的外管剖面示意圖，圖5b為內(nèi)壁開有與軸對稱梳齒形內(nèi)翅片結構的內(nèi)翅片形狀相適配的縱向凹槽的外管剖面示意圖。