[发明专利]一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管

说明书

本发明公开了可提高管内沸腾相变换热效率的一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管，该结构由外部的基管和若干个按纵向间隔排列的仿生强化锥组成：基管的内径为D；基管内，仿生强化锥纵向等间距排列，排列间距为S，仿生强化锥锥体偏离角度为α，锥体长度为L，锥底直径为d，合理设计α，d，L，S/D的大小，可以使换热管性能最优。此内插仿生强化锥沸腾强化换热管可以调控基管内工质沸腾时两相流动流型，实现流型与传热的协同；仿生强化锥可以实现液相流体反重力吸附及快速再浸润，减少了基管内近壁区域含气率，防止了汽膜或汽垫的形成以及基管换热面干涸现象的产生，同时增强了基管蒸发面的浸润性，实现流体对加热面的快速再润湿，提升了沸腾传热系数。

技术领域

本发明属于换热器技术领域，尤其涉及一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管。

背景技术

节能减排和环境保护是社会可持续发展的重要组成部分，我国工业领域存在大量低温余热余能资源还没有得到利用，同时在地热能、低温集热太阳能及生物质能领域也存在大量中低温的热能有待开发。中低温热源的特点为品位低、规模大、能量密度小，与其他技术相比，对低品位热能利用的有效途径为有机朗肯循环(ORC循环)。蒸发器是ORC系统中实现热能传递的设备，也是循环中不可逆损失较大的部件，发展高效强化换热技术是提高ORC系统效率的重要途径之一。目前，发展强化换热技术主要是通过对传热管表面结构的改善或使用强化元件来实现。常见的方法有：缩放管、螺旋槽管、横纹槽管、螺旋扁管、波纹管等等，其实质是管内表面结构的改变导致管内工质流场发生变化，近壁区域的速度边界层会被破坏或减薄；螺旋槽纹会在凸起处产生涡流，引起冷热流体的交混，从而强化换热。

蒸发器是换热器的一种，广泛应用在制冷机、空调、热泵及低品位热能热功转换系统中，其性能表现对系统的可靠性和经济性具有重要的影响。根据热流传递公式q＝h·ΔT，高热流密度往往意味着高传热温差或高传热系数，高传热温差是一般工业设备不能接受的，尤其不能满足现代精密设备对于环境温度的需求，因此提高传热系数成为解决高热流密度散热问题的途径。对于提升蒸发器内传热系数开展了大量研究，发展了多种管型可强化传热性能，比如：沟槽管、微翅片管、内螺纹管及纽带、螺旋线等管内挿入物。但是上述技术依然采用的单相传热的思路，通过引起旋转流、二次流，破坏边界层的发展，使中心流体与管壁流体交混，忽略了两相流本身的特性，两相流动与传热之间的协同关系未被很好的揭示。

相变传热(蒸发或冷凝)的传热系数至少要比单相传热系数高1～2个量级，在中低温热源利用及转换系统中起重要作用，但是有机工质相变传热系数相对较低，会造成换热器体积大，成本高等问题。同时有机工质在换热器内的沸腾传热与流动不协同，由于重力的作用存在管壁液膜“顶部薄，底部厚”的相分布(如分层流)，导致上壁面传热易恶化；同时，高干度环状流型核心区内部夹带了大量的液滴，如果液滴返回壁面的质量流速无法与壁面蒸发速率相平衡时会导致壁面干涸。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管。

本发明所采用的技术方案是：

一种内插仿生强化锥沸腾强化换热管，包括内径为D的基管(1)和设置在基管(1)上的若干个按纵向间隔排列的仿生强化锥(2)组成；在基管(1)上表面开设有若干定位孔，在定位孔内插入仿生强化锥(2)，定位孔的直径与仿生强化锥(2)的锥底(202)直径d相等；仿生强化锥(2)由上部的锥底(202)和下部的锥体(201)组成；仿生强化锥(2)的排列间距为S，锥体(201)偏离角度为α，长度为L，锥底(202)直径为d；锥体(202)偏离角度α的取值范围为0-π/2，锥体(201)的长度L与基管(1)内径D相等，S/D范围为0.5～5；仿生强化锥(2)面向基管(1)内流体来流方向。

进一步，基管(1)为圆管、方管、梯形管、变截面管、椭圆形管中的一种。

进一步，仿生强化锥(2)的锥体(201)偏离角度α的优选取值范围为π/6-π/3，锥底(202)为中空的。