毛细结构分液式冷凝管制造技术

本发明专利技术属于强化传热技术领域，涉及一种毛细结构分液式冷凝管，其结构为在普通冷凝换热管中沿管长方向间隔串接2～5个壁面毛细结构段，集液腔包围壁面毛细结构段外侧并固接在普通冷凝换热管上，集液腔和壁面毛细结构段构成毛细强化结构组件，导液管将各组毛细强化结构组件的集液腔相互连通，导液管延伸到普通冷凝换热管的末端与其相连。蒸汽流过冷凝管发生相变时，管内冷凝液通过壁面毛细结构段在液体表面张力作用下得到及时分离，并通过集液腔及导液管自动抽吸到冷凝管的末端，本发明专利技术从根本上突破了冷凝传热沿管长方向形成厚液膜使传热恶化的技术瓶颈，适用于普通冷凝传热及存在蒸汽冷凝的场合，还能推广于微重力条件下的冷凝传热。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于强化传热
，特别涉及一种毛细结构分液式冷凝管。
技术介绍
冷凝相变换热器由于相变传热的高效性广泛应用在制冷、空调、发电、石化等领域。在一些应用场合，比如利用低品位热源驱动ORC循环中需要尽量降低朗肯循环中冷凝器内的温度和压力，使得冷凝器在小温差(管内有机工质与管外空气或冷却水温差小)驱动下工作，导致换热面积的增大及投资成本的提高。同时在制冷、空调、石化等领域，进一步提高冷凝换热效率，能够大幅度降低成本，具有显著的经济效益和社会效益。这为高效冷凝器的设计、制造和运行提出了重大需求。冷凝相变是两相流学科中一个重要的相变过程，管内的冷凝过程从汽态到冷凝液态的不断演变过程中汽液的含量逐渐变化，使得从全汽态到全液态过程中呈现了湿蒸汽流、环状流、分层流、弹状流、塞状流、泡状流等不同流型。同时，由于冷凝液的不断出现和集聚，液体在冷凝管内从开始的小液滴逐渐形成壁面薄液膜、壁面厚液膜到液桥最后到全液状态。如果说环状流时壁面冷凝液薄液膜的形成，增大了汽固之间的换热系数；那这种同时具有一定热阻的液膜必定存在最佳厚度值。根据国内外研究学者报道，并已达成共识，薄液膜状态的环状流具有最高的传热效率，即在整个冷凝过程中随着流型从环状流转变到分层流、弹状流、塞状流，液膜在壁面由薄液膜聚集到厚液膜甚至到液桥状态，其液膜热阻显著增加，从而导致冷凝过程传热系数逐渐降低、传热效果明显恶化的现状。因此冷凝过程中的流型演变才是冷凝管换热效率恶化、衰减的根本原因。目前国内外强化冷凝换热方面主要采用各种形式的强化管，如微翅管、凹槽管、波节管、及安装插入物的强化管。从强化效果来讲，微翅片管通过增强冷凝液膜的掺混、引起管内流体的扰动，一般比凹槽管的强化效果明显，能够将光滑管的冷凝传热系数提高80 180%。而对于不同倾斜角度的凹槽管，且其强化效果受质流速度的影响，质速越大、冷凝液导出越快，强化效果越明显。波节强化管一般可将光滑管的传热系数提高50%;另外管内插入双螺旋丝结构的强化管，亦能显著强化竖直管内冷凝换热。但，目前采用的冷凝强化管， 均未能注意到冷凝流型的变化、从流型演变的根本出发，而只是通过引起旋转流、二次流， 使中心流体与管壁流体产生置换，破坏边界层的发展，从而强化管内冷凝。具有以下共同点(1)内壁微细结构主要改变了近壁区的流动和传热性能，不能从整体上调控流型。(2) 内壁强化结构虽具有强化效果但并未解决冷凝管长方向上换热性能衰减的演变特征。(3) 强化管增加了制造难度，冷凝器成本增大。2007年，清华大学相变与界面传递实验室彭晓峰教授将整个管内冷凝近似为薄液膜冷凝，根据努赛尔层流、膜状凝结分析解知冷凝换热液膜厚度与管长的1/4次方成正比、 平均表面传热系数与整个管长的1/4次方成反比，定量的揭示了冷凝传热系数随换热管长度的增大而衰减的客观事实；并利用短管效应，舍弃冷凝换热管后续低传热流型，保留初始过程高传热性能流型；同时将短管出口利用重力将汽液分离后得到的汽相再进入下一短管继续冷凝，使冷凝流型始终维持在环状流的方法显著提高了冷凝换热管的传热效率。其基于对冷凝各流型传热性能的认识，从冷凝科学过程的角度强化传热；但其出发点是直接避开传热效果差的流型，缩短换热管长度；同时，利用重力进行汽液分离的方法使得冷凝器在不同倾角换热器下的设计必须不同，在微重力条件下的应用具有一定局限性。 综上所述，显著提高冷凝传热效率必须从冷凝的物理过程出发，调控流型，才能从根本上提高其换热性能，解决其沿管长恶化的现状，需要一种根据流型演变过程中液膜增厚、热阻增大的特征，通过科学调控流型，从根本上提高冷凝换热效率的高效冷凝换热管的方法和技术。本专利技术的目的在于改变传统强化传热方法中忽略流型和传热分离的局面，解决冷凝相变传热过程逐渐恶化的关键问题，提供一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，毛细结构分液式冷凝管由普通冷凝换热管1、壁面毛细结构段2、集液腔3和导液管4组成，其结构为沿普通蒸汽冷凝管1的管长方向间隔串接2 5个壁面毛细结构段2，集液腔3包围壁面毛细结构段2外侧并固接在普通冷凝换热管1上，集液腔3和壁面毛细结构段2构成毛细强化结构组件，各组毛细强化结构组件的集液腔3和导液管4相连，导液管4的末端与冷凝管末端相连。所述普通冷凝换热管1为光管、具有扩展受热面的翅片管、凹槽管或波节管，通过与管外工质换热实现管内蒸汽冷凝。所述集液腔3的轴向截面为矩形或半圆形。所述壁面毛细结构段2，由工质冷凝相变时流型演变规律中环状流、半环状流、弹状流或塞状流的分布及其长度确定壁面毛细结构段的位置和面积，第一组毛细强化结构组件的壁面毛细结构段2设置在管内环状流结束之前的厚液膜处，从第二组开始，相邻组毛细强化结构组件的壁面毛细结构段2在轴向的距离为弹状流或塞状流汽弹的长度，以消除或减弱弹状流的液桥热阻，调控流型，强化传热；由局部需导出的集液量确定毛细结构的周向分布，例如，因为第二组及以后各组的毛细强化结构组件需要导出整个液桥的液体，因此第一组毛细强化结构组件的壁面毛细结构段2毛细孔数少于第二组及以后各组的毛细强化结构组件的壁面毛细结构段2毛细孔数。所述壁面毛细结构段2的壁面毛细结构的毛细孔直径或当量直径由下式计算其中σ为冷凝液表面张力、g为重力加速度、P f为冷凝液密度、P g为汽相密度， 即冷凝工质表面张力大，毛细孔的直径略大，反之略小，例如水，毛细孔的直径在1 2mm之间，对应不同工质及混合物的毛细孔直径可类比。所述壁面毛细结构段2的壁面毛细结构为壁面微孔型结构、壁面狭缝205型结构、 多孔泡沫型结构或壁面丝网型结构。所述壁面毛细结构段2的壁面微孔型结构的壁面微孔201为均勻排列或非均勻排列具有不同孔径的圆孔或方孔，第一段的壁面微孔201周向分布密度小于第二段及以后各段的壁面微孔201周向分布密度
技术实现思路
所述壁面毛细结构段2的壁面狭缝型结构的壁面狭缝205为平行、交错或交叉形式分布具有相同或不同宽度的狭缝，第一段的壁面狭缝周向分布密度小于第二段及以后各段的壁面狭缝周向分布密度。所述壁面毛细结构段2的多孔泡沫型结构为多孔泡沫环204，第一段多孔泡沫环长度小于第二段及以后各段多孔泡沫环长度。所述多孔泡沫环204的材料为泡沫金属或泡沫陶瓷。所述壁面毛细结构段2的壁面丝网型结构由开启在普通冷凝换热管1的管壁上的圆孔202和包覆在圆孔外的金属丝网203组成，第一段的圆孔周向个数小于第二段及以后各段圆孔周向个数。本专利技术为一种强化冷凝相传热的新型冷凝强化管，从冷凝的物理过程出发，从流型控制出发，大幅度提高冷凝相变传热的效率，基于调控冷凝传热流型以改进完整冷凝传热流动与传热性能的新思想，提供了一种有别于
技术介绍
中所述的短管效应、重力分离的一种新型毛细结构分液式冷凝管。毛细结构分液式冷凝管即在普通冷凝换热管局部壁面设置壁面毛细结构段，在壁面毛细结构段外围设置集液腔和导液管以存储并及时输导由多孔结构分离出的冷凝液，从而减薄液膜，降低液膜热阻，甚至将分层流、弹状流冷凝流型转换为高效传热的环状流，从而从根本上显著提高冷凝相变传热性能。其工作过程为，处在壁面毛细结构段附近的冷凝液在表面张力的作用下通过微孔或狭缝等结构被及时分离出冷凝管，并通过毛细结构组件的集液腔及导液管自动抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，毛细结构分液式冷凝管由普通冷凝换热管（１）、壁面毛细结构段（２）、集液腔（３）和导液管（４）组成，沿普通蒸汽冷凝管１的管长方向间隔串接２～５个壁面毛细结构段（２），集液腔（３）包围壁面毛细结构段（２）外侧并固接在普通冷凝换热管（１）上，集液腔（３）和壁面毛细结构段（２）构成毛细强化结构组件，各组毛细强化结构组件的集液腔（３）和导液管（４）相连，导液管（４）的末端与冷凝管末端相连。

【技术特征摘要】
1.一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，毛细结构分液式冷凝管由普通冷凝换热管(1)、壁面毛细结构段( 、集液腔C3)和导液管(4)组成，沿普通蒸汽冷凝管1的管长方向间隔串接2 5个壁面毛细结构段0)，集液腔(3)包围壁面毛细结构段⑵外侧并固接在普通冷凝换热管(1)上，集液腔(3)和壁面毛细结构段(2)构成毛细强化结构组件，各组毛细强化结构组件的集液腔C3)和导液管(4)相连，导液管(4)的末端与冷凝管末端相连。2.根据权利要求1所述的一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，所述普通冷凝换热管(1)为光管、具有扩展受热面的翅片管、凹槽管或波节管。3.根据权利要求1所述的一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，所述集液腔(3)的轴向截面为矩形或半圆形。4.根据权利要求1所述的一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，所述壁面毛细结构段( ，由工质冷凝相变时流型的演变规律中环状流、半环状流、弹状流或塞状流的分布及其长度确定壁面毛细结构段的位置和面积，第一组毛细强化结构组件的壁面毛细结构段 (2)设置在管内环状流结束之前的厚液膜处，从第二组开始，相邻组毛细强化结构组件的壁面毛细结构段(2)在轴向的距离为弹状流或塞状流汽弹的长度。5.根据权利要求1所述的一种毛细结构分液式冷凝管，其特征在于，所述壁面毛细结构段O)的壁面毛细...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏霞，徐进良，王伟，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11