[发明专利]具有双程记忆效应的三维肋管及加工方法

说明书

本发明公开了一种具有双程记忆效应的三维肋管，其特征在于：所述三维肋管包括具有双程记忆效应的合金制成的圆管，在所述圆管上刻切有若干三维肋片一，所述三维肋片一根部与圆管表面自然连接；在圆管表面温度T≥Af时，三维肋片一根部与圆管表面的夹角为α1，而在圆管表面温度T≤Ms时，三维肋片一根部与圆管表面的夹角为α2；Ms表示马氏体相变的开始温度；Af表示马氏体逆相转变到母相的结束温度；本发明可广泛应用在各类换热器中。

技术领域

本发明涉及三维肋管，具体涉及具有双程记忆效应的三维肋管及加工方法。

背景技术

我国能源消费主要以煤炭为主，煤炭消费量约占全国一次能源消费量的62％。统计表明，我国燃煤锅炉数量约占工业锅炉的80％，每年消耗的标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消耗总量的15％。但我国燃煤锅炉的排烟热损失普遍较高，约占锅炉总热损失的70％。目前，我国燃煤锅炉为了减小能耗，提高余热回收率，通常采用降低排烟温度的方法。据统计，锅炉每降低排烟温度10-20℃，可提高锅炉热效率约0.6％-1％，少耗煤约1.2％-2.4％。但是由于燃料未燃尽和一些不燃烧物质凝结后都会形成飞灰，可以利用的余热往往贮存在含有大量飞灰的烟气中。这些飞灰颗粒沉积在换热表面将造成换热器热阻增大、传热能力降低；流通面积减小、流动阻力增大；管壁局部温度超温、设备寿命降低等问题，严重影响工业生产的经济性和安全性。

三维肋管是一种新型的强化换热元件，三维肋管具有适用加工管材范围广(铜、铝、碳钢、不锈钢等管材)、对管壁破坏小、肋排列方式和肋结构尺寸调整方便、换热性能高的特点。三维肋管独特的肋结构使得其可以从多方面强化传热：首先，三维肋的存在，引起管壁附近流体的肋间加速，减薄了热边界层，而热边界层的热阻在紊流流体总热阻占主导地位，这样便能促进流体与管壁的换热；其次，流体绕三维肋的流动，在肋后形成卡门涡街，带来大量不稳定的漩涡，强化了流体间的换热；最后，肋片的存在增大了换热面积。综上所述，三维肋管被认为在低温余热回收领域具有很大的潜力。

形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性变形并固定成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金，是由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(shape memory effect,SME)，形状记忆效应是马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相(奥氏体)进行可逆转变的结果。(a)无应力状态下母相冷却到Ms点以下进行马氏体相变，形成24种惯习面变体；(b)当马氏体受外力时(加载)，变体界面移动，相互吞食，形成马氏体单晶，出现宏观变形；(c)由于变形前后马氏体结构未发生变化，当去除外应力时(卸载)无形状改变；(d)在去除外应力状态下加热到高于Af点温度时，马氏体通过逆转变立刻恢复到母相状态。记忆合金按其加热变形特征可分为三类：(1)合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前形状。这种只在加热过程中存在记忆效应的合金称为单程记忆合金。(2)合金在加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状，称为双程记忆合金。(3)合金在加热时恢复高温相形状，冷却时变成形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆合金。形状记忆效应最早可追溯到1932年美国Olander在Au-Cu合金中发现的类橡皮效应，直到1963年，美国海军武器实验者Buebler等在Ni-Ti合金中，发现具有实际应用价值的形状记忆效应后，引起了人们的广泛兴趣。此后，形状记忆效应又相继在Cu-Zn、Fe-Pt等多种合金中被发现，经过50余年的研究和发展，目前形状记忆合金主要有TiNi基，Cu基，Fe基和铁磁SAM等，Ms点也可以通过成分的调节控制在0-1000℃的宽广范围，在工业工程，机械电子和生物医学应用已日渐广泛，并逐步形成了蓬勃发展的高新技术产业。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了具有双程记忆效应的三维肋管及加工方法。