三維內翅管

三維內翅管，又稱三維內肋管，是一種內壁具有三維粗糙結構的強化傳熱管道。通過專用工具機對各種金屬材質的圓管內壁進行刻切加工，在圓管內壁形成排列有序的翅片及凹槽，構成三維內翅管，對強化管內傳熱的效果極好，其換熱係數可達光管的1.5～3.5倍；適用於各種管式換熱器，對管內換熱熱阻較大的情況尤為有利。

基本介紹

• 中文名：三維內翅管
• 外文名：Three dimensional inner fin tube
• 領域：強化傳熱及技術節能
• 其他名稱：三維內肋管
• 發明專利所有：重慶建築工程學院

發明背景

為使換熱設備更加輕小高效，各國學者著力研究了強化傳熱技術，近年研製出的不少高效傳熱表面已經在空冷海水淡化化工宇航船舶動力工程等方面得到套用。

強化管內對流換熱的主要手段是促進管內湍流和擴展管內面積。研究表明，兼有上述兩種機理為一體的三維內翅管，在增強換熱以及減少泵功方面的性能均優於只運用一種強化換熱機理為主的強化換熱管件，如直肋管，二維肋粗糙管等。

管材料及內部結構

在二維內肋管和沙粒型粗糙管的基礎上，研製出了三維內翅管。它是由專門工具機，對銅、鋁、鋼等金屬管材冷加工而成。其結構是在傳熱管的內壁，由專用工具機及壓出許多獨立的齒狀肋片，肋片與管壁垂直，流體經過側是創花狀的弧面，背側是平面，翅片在管子橫截面上環狀均勻分布，環間錯排，造成內管壁在三維方向上的幾何尺寸都有變化，故稱三維內翅管。

三維內翅管強化傳熱機理

其強化傳熱的機理是，流體流動過程中，由於三維肋管的存在，而引起肋間加速，其加速的方向平行於熱邊界層，並直接使熱邊界層減薄，避免二維肋的加速度有較大比例的垂直分量，減少了泵功的消耗，其次，流體繞三維肋的流動，在肋後形成卡門渦街，並把熱流體拉到管壁促進換熱，而流體翻越二維肋後不能形成渦街，若肋片過高，還可能在內肋形成回流死區而不利於換熱。

同時三維內還擴展了管內換熱面積約40%，雖然各種高效傳熱表面都有擴大傳熱的面積來增強換熱，但是隨著Re的增加，其換熱強化比減小，而三維內肋管，由於肋片作用，增強了流體的近壁擾動，相對於說緩慢了衰減，改變肋片高度，能較大幅度的控制換熱。

肋片排列方式

三維內肋管有肋順排、肋叉排和肋螺旋排3種排列方式。

適用流體和條件

由於能夠有效的促進湍流的發生並擴展管內換熱面積，與連續肋相比，離散的三維肋，更具有易於導致流體產生回流，橫向二次流以及渦旋等，對於強化水，空氣，乙二醇與水的混合物等工質的對流換熱顯著效果。同時還發現三維內肋管還適合高粘度流體在層流區的對流換熱。