[发明专利]用于降低湍流临界雷诺数的扰流元件及扰流管

说明书

本发明公开了一种用于降低湍流雷诺数的扰流元件及扰流管，所述扰流元件包括至少两条平行设置的支撑杆及多块肋板；所述肋板固定于两个相邻的支撑杆之间，且与所述支撑杆保持一定的角度，各个肋板沿支撑杆的长度方向分散设置；所述支撑杆按照一定的螺旋率Y旋转成多周期的螺旋状，固定于所述支撑杆上的肋板随之旋转成弧形状。本发明通过倾斜肋板的诱导，在流体内产生高强度的纵向涡流，由于涡流旋转方向平行于管轴，提高了管内近壁区与核心流动区的混合程度，破坏了边界层的发展，提高了管壁的热流密度，进而有利于提升传热速率。本发明通过对流体的强化传热，可以降低管内流体的临界湍流雷诺数，进而显著提高管内流体在低雷诺数时的综合传热性能。

技术领域

本发明涉及换热器强化传热技术领域，尤其涉及一种用于降低湍流临界雷诺数的扰流元件及扰流管。

背景技术

层流作为一种换热器中常见的流动工况，雷诺数较低，流体质点之间互不碰撞及互不混合，沿着管轴做有规则的平行流动。特别是高粘度流体，在许多工况下，都处于层流。光滑管作为一种常见的换热器用管型，应用层流传热时，对流体的扰动较小，传热速率较低；湍流相对层流的动量及热量交换更为强烈，因此，为了让提高传热效率，常规的做法是将层流转化为湍流。但要达到湍流，雷诺数需要达到4000以上，付出的功耗较大。

针对管内低雷诺数工况，工业上常常采用置换装置或扭带等强化元件来降低管内湍流临界雷诺数，促使管内流动状态提前达到湍流，提高管内混合能力及传热速率。但是，很多情况下，管内流场混合均匀度不够，涡流强度较低，摩擦阻力或形体阻力较大，管内传热速率提升幅度有限，等功耗下，综合传热性能不佳。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于降低湍流雷诺数的扰流元件及扰流管，该强化元件通过倾斜肋板的诱导，在流体内产生高强度的纵向涡流，由于涡流旋转方向平行于管轴，提高了管内近壁区与核心流动区的混合程度，破坏了边界层的发展，提高了管壁的热流密度，进而有利于提升传热速率。本发明通过对流体的强化传热，可以降低管内流体的临界湍流雷诺数，进而显著提高管内流体在低雷诺数时的综合传热性能。

为了实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种螺旋肋板强化传热元件，

一种用于降低湍流临界雷诺数的扰流元件，

包括至少两条平行设置的支撑杆及多块肋板；

所述肋板固定于两个相邻的支撑杆之间，且与所述支撑杆保持一定的角度，各个肋板沿支撑杆的长度方向分散设置；

所述支撑杆按照一定的螺旋率Y旋转成多周期的螺旋状，固定于所述支撑杆上的肋板随之旋转成弧形状。

作为优选，所述支撑杆为两条，所述肋板的两端分别固定于两个支撑杆上。

作为优选，所述肋板上设置有若干个用于降低肋板背风面回流漩涡的通孔。

作为优选，所述通孔为圆孔。

作为优选，在支撑杆旋转成螺旋状之前，各相邻肋板在支撑杆上平行分布。

作为优选，在支撑杆旋转成螺旋状之前，相邻肋板之间的交错角为15°～75°。

作为优选，在支撑杆旋转成螺旋状之前，各相邻肋板在支撑杆上成左右对称分布。

作为优选，所述螺旋率Y＝2～8。

作为优选，所述支撑杆与所述肋板之间的夹角为15°～75°。

本发明的另一个方面，提供一种扰流管，该扰流管包括管体及如上所述的扰流元件，所述扰流元件沿管体纵向内置于所述管体内，所述扰流元件通过其多周期的螺旋状结构及固定于螺旋状结构之间的弧形肋板，引导管体内的流体产生多个纵向涡的沿程接力。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：