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撰写自我学习案例六 用于沸腾液体的传热壁

发布时间:2020.07.14查看:4043 评论:70

本帖最后由 一石二鸟 于 2020-7-14 15:01 编辑

前言:最近看了一位同行大神整理的撰写案列解析,获益匪浅,然而学撰写必须自己实打实的练习才能有所获益,所以我准备一一的作业练习,同时也分享自己的整理,欢迎各位同行大神拍砖指正,让俺更有进益。    
(案例一 磁化防垢除垢器 详见链接:https://bbs.mysipo.com/thread-1094475-1-1.html
    (案例二 浇包底部的浇注阀门 详见链接:https://bbs.mysipo.com/thread-1094563-1-1.html
(案例三 防爆板的夹紧装置  详见链接:https://bbs.mysipo.com/thread-1094652-1-1.html
(案例四 面片层叠设备 详见链接:https://bbs.mysipo.com/thread-1094996-1-1.html
(案例五 新型柱挂式广告板  详见链接:https://bbs.mysipo.com/thread-1095143-1-1.html
用于沸腾液体的传热壁(参考CN85106691B
    本发明涉及一种用于空调、制冷系统中的沸腾液体传热壁,该传热壁通过液体的沸腾和汽化将热量传递给与其相接触的液体。
    近一、二十年来,为了有效地将热量从平板或管表面传递给液体,用于氟里昂这类液体的沸腾传热技术迅速发展。尤其是近几年来,在传热壁下方设置多排可与液体相接触的窄长通道来提高传热效果。美国专利说明书US—4060125和US—4059147就公开了这样一种传热壁,在该传热壁面下方的窄长通道平行地伸展着,它们彼此相隔很小的距离,外表面上沿着该通道间隔地开有小孔,使通道与传热壁外部相通。采用这样的结构后,液体通过小孔流入通道,在通道壁上形成一层液体,增加了液体与传热壁的接触面,从而可以提高沸腾传热的传热效率,但是这种结构的传热壁有一个与传热壁热载荷匹配的最佳小孔直径,热载荷过大或者过小都会降低传热性能。
    本发明的目的是在上述用于沸腾液体的传热壁的基础上提供一种传热性能更好的传热壁。
    为达到上述目的,本发明对外表面下方有许多平行窄长通道的沸腾液体传热壁的结构作了进一步改进:在该传热壁中设有非对称突起,它与小孔横截面的面积比为0.4~0.8。
    本发明的制造方法包括下述几个步骤:先在金属管外表面上形成多条浅沟槽;然后用铲刮刀具沿着金属管外表面铲刮起带切口的肋片,在这同时铲刮刀具的后缘挤压该金属管上尚未被铲刮起的外表面,使与其相邻的浅沟槽处变形,在浅沟槽的斜面或波谷处形成隆起,从而在下一次铲刮时,铲刮起的肋片的切口内有一个隆起部分;当制得带切口的肋片后,将肋片端部析弯,使其与相邻肋片搭接,从而在外表面下方形成平行窄长的通道,肋片切口处成为沿通道间隔设置的小孔。
    本发明专用铲刮刀具的端部表面是倾斜的,形成锐角的铲刮前缘,端部的后缘有一个高出端部斜面、可对尚未铲刮起的金属管外表面起挤压作用的突出部分。
    由于在上述传热管表面小孔中设置了非对称突起,它对从小孔流入通道的沸腾液体起到一种加热作用。当热负载较小情况下,通道内产生的蒸汽容积很小,液体很容易流入通道,使通道内充满液体,由于突起对沸腾液体的加热作用,使通道内充满沸腾液体的区域面积要小于没有突起存在的情况,也就是说加大了通道壁的液膜层,提高了沸腾传热的效率。
    下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
    图1为本发明用于沸腾液体的传热壁面的透视图。
    图2为图1所示传热壁面外表面小孔的俯视图。
    图3为图2所示小孔沿Ⅲ—Ⅲ线的剖视图。
    图4为图2所示小孔沿Ⅳ—Ⅳ线的剖视图。
    图5示意描述了本发明制造如图1所示传热管壁面时肋片成形的步骤。
    图6为肋片成形时铲刮刀具挤压表面使浅沟槽端部变形的透视图。
    图7为成型肋片的示意图。
    图8至图10为沸腾液体在该传热壁通道中的三种工作状态。
    图1为本发明沸腾液体传热壁面的透视图。在传热壁面基体或者传热管管体1上有许多平行的窄长通道2,这些通道彼此间距很小。通道2上方的外表面6上有许多三角形的小孔5,按一定的规则间隔排列。每个孔5中都有一个突起4,该突起4在小孔横截面的投影面积小于小孔5的横截面面积,突起4的形状是非对称的。如图2所示,三角形小孔5的底边51与通道2相平行,与该底边51斜交的两个侧边52、53以及从侧边52伸出的突起4相当于通道2侧壁3的延伸部分,突起4以横跨的方式伸进孔5中,并将孔5的一部分挡住。该小孔的形状也可以是其它形状,如矩形、梯形、U形或半圆形等,突起4也可以是任何所希望的形状,例如该突起的前端部有多个裂口,或者突起的前端成双舌片形。
    从图3和图4可知,由三角形小孔5侧边52伸出的突起是倾斜的,倾角为5°~80°,其靠近底边51处那部分的水平位置要高于靠近另一侧边53处那部分的水平位置。
    图1到图4所示的传热壁面可以采用如下加工步骤制成:首先如图5所示在传热管管体1表面上加工出许多浅沟槽7,其走向与垂直于管体1中心轴的平面斜交;然后以铲刮表面而不切削表面层的方式在传热管壁面上铲刮起许多肋片11;最后将每个肋片11的端部折弯,使其与相邻的肋片相接触。图5中未画出最后一个加工步骤。
    传热管管体1由导热材料制成,例如可选用外径为18毫米、壁厚为1.1毫米的铜管材。铜管表面的浅沟槽是用滚花刀具加工的,在管体1外表面上产生许多平行的、截面为V形的、螺旋状盘绕的浅沟槽。图5中的浅沟槽7与管体1的轴线成45°角。各条浅沟槽彼此之间的间隔为0.2~1毫米,深度为0.1~0.15毫米。当然,浅沟槽7的形状不局限于V形,可以是任何一种所需要的截面形状,如矩形、梯形、U字形或弧形。其加工方式不限于滚花加工,也可以是滚压成型、切削加下或其他方式。
    在形成浅沟槽7后,用铲刮刀具9对管体1外表面进行加工,斜跨过浅沟槽7铲刮管体1外表面,而不切掉表面层,形成端部带有许多V形切口12的肋片11。该铲刮刀具的形状与一般的切削刀具相近似,端部是倾斜的,其前缘成锐角,只是在其后缘10处有一个高出端部斜面的突出部分,因而当铲刮刀具铲刮时,该后缘 10上的突出部分对尚未铲刮起的管体表面8施加挤压摩擦作用,迫使V形浅沟槽7附近表面8上的材料流动到浅沟槽7中,在其斜边及其波谷处形成如图6所示的隆起71,这样当铲刮下一个肋片时,该肋片11端部切口12内也就出现一个隆起部分13(见图7)。在作上述铲刮加工时,若取铲刮角为25度,肋片间的距离为0.5毫米,铲刮深度为0.35毫米,则加工制得的肋片高度可达 0.9亳米。
    在这之后,对肋片11端部进行变形加工,将肋片11端部折弯,其折弯方向朝着隆起部分13的方向,并使其与相邻的肋片11相接触,从而制得如图1所示的传热壁面,相邻胁片间的空间14成为该传热壁面6下方通过小孔5与外界相通的窄长通道2,肋片11切口12靠近波谷处的隆起部分13成为三角形小孔5中从孔壁向孔中心伸出的突起4。折弯肋片可以采用滚压的方法,也可以采用模压的方法。例如,在上述实施例中,使平滚轮与铜管外圆周保持接触,将铜管绕中心轴转动,并作轴向运动,在平滚轮施加的压力作用下,铜管外径减少到18.3毫米,最后形成的窄长通道宽度大约为0.26毫米,高度为0.50毫米。
    当传热管管体1处于图8所示的工作状态时,通道2的整个壁面上都覆盖了一层液体薄膜105。此时,所有通道内壁上都有效地起到传递热量的作用,把热量传递到液体薄膜105上,液体薄膜105厚度很小,液体很快变成气态103,汽化的冷却介质101带着汽化潜热从通道2内排出。一旦通道2内壁面上没有液体浸润时,液体就立刻通过小孔5输送到通道2中,于是通道2的整个内壁表面又重新形成一层新的液体薄膜105。这样,在整个工作阶段,通道2整个内壁表面都有一层均匀的液体薄膜。
    但当传热管管体1处于尚未达到有效地进行传热的情况时,通道2内产生的气态冷却介质容积很小,那么从通道2内释放到壁外的汽化的冷却介质101对进入通道2的液态冷却介质102的流动阻力很小,液态介质很容易进入通道,因而通道2的局部地区充满了液态介质,如图9中的106所示,因而产生的液体薄膜105区减小了。在充满液态介质区域,热量以显热方式传递,与以潜热方式传递相比,其传热性能大大降低。仉是,对于有突起4的小孔来说,突起4对通过小孔5流进通道2的液态冷却介质起一种加热作用,与无突起的传热壁相比,通道2上充满液态冷却介质的区域减小了,也就是说液体薄膜105区加大了,有助十改善传热性能。
    当传热管管体1热负荷加大时,通道2内产生的气态冷却介质容积增加。与此同时,流入到通道2的液态冷却介质容积减小,使通道2内壁表面上有一部分没有液体薄膜,如图10中表面108的情况。此处的热量也以显热方式传给汽化的冷却介质,传热性能大大下降,因而小孔5中的突起尺寸不可太大,以便在热负载高时,仍有足够的液体冷却介质流入通道2,使通道2上没有润湿部分的内壁面积减小,以改善在高负载时的传热性能。
    本发明不局限于上述管状传热壁面,同样适用于圆环状、板状或其他形状的传热壁面,只要在其外表面上小孔中设置厂从孔壁向孔中心伸出的突起,均属于本发明的范围。

撰写作业练习和总结
1.一种用于沸腾液体的传热壁,所述传热壁的外表面下方有平行伸展的多个紧挨的窄长通道,所述外表面上沿着所述通道间隔地开有小孔,【使通道与传热壁外部相通,】其特征在于,在所述小孔中设置【一个从孔壁向孔中心伸出的】非对称的突起,该突起在小孔横截面的投影面积小于小孔的横截面面积。(①“突起”要限定是从孔壁向孔中心伸出的
2.根据权利要求1中所述的一种传热壁,其特征在于,所述突起在小孔横截面上的投影面积与小孔横截面的面积比为0.4~0.8。
3.根据权利要求1中所述的一种传热壁,其特征在于,所述突起是倾斜的,一侧的水平位置高于另一侧。
4.根据权利要求1中所述的一种传热壁,其特征在于,所述小孔为三角形、矩形、梯形、U形或半圆形。
5.根据权利要求1中所述的一种传热壁,其特征在于,所述突起的前端部有多个裂口,或者所述突起的前端成双舌片形。
6.根据权利要求1中所述的一种传热壁,其特征在于,所述小孔为三角形,所述小孔的底边与所述通道相平行,从与该底边斜交的两个侧边中的一个侧边伸出所述突起,所述突起伸进所述小孔中,并将所述小孔的一部分挡住。
7.根据权利要求6中所述的一种传热壁,其特征在于,所述突起是倾斜的,所述突起靠近所述底边处的水平位置要高于靠近另一侧边处的水平位置。
8.制造权利要求1所述的一种用于沸腾液体传热壁的方法,先在管壁上形成彼此间隔很近的、端部带有多个均匀分布切口的肋片,再将肋片端部折弯,并与相邻肋片搭接,从而在外表面下方形成平行窄长的通道,肋片切口处成为沿通道间隔设置的小孔,其特征在于,带切口的肋片是按照下述工艺步骤制得的:在金属管外表面上形成多条浅沟槽;用铲刮刀具沿着金属管外表面铲刮起带切口的肋片,同时铲刮刀具的后缘挤压该金属管上尚未被铲刮起的外表面,使与该肋片相邻的所述浅沟槽变形,在所述浅沟槽斜面或波谷部分形成隆起,从而在铲刮下一个肋片时,该肋片的切口内有一个隆起部分,所述隆起部分在将肋片折弯与相邻肋片搭接时成为小孔内从孔壁向孔中心伸出的非对称突起。(③传热壁的制作方法,应该重点突出“非对称突起”怎么得到的,这点儿不应该忽略
9.根据权利要求8中所述的一种制造用于沸腾液体传热壁的方法,其特征在于,铲刮起带切口的肋片的步骤为:在形成所述浅沟槽后,用铲刮刀具斜跨过浅沟槽铲刮管体外表面,而不切掉表面层,形成端部带有许多V形切口的肋片。
10.实现权利要求8所述制造沸腾液体传热壁方法中的专用铲刮刀具,该刀具端部表面是倾斜的,形成锐角的前缘,其特征在于:在该刀具端部的后缘(10)有一个高出端部斜面、可对尚未铲刮起的金属管外表面起挤压作用的突出部分。
(②在撰写的过程中完全忽略了,专用工具这一茬)
撰写标准参考答案

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    2020/07/14 15:38

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  • 第2楼
    学习了,厉害。

    2020/07/15 13:46

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    2020/07/15 16:54

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    2020/07/16 09:36

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    2020/07/16 12:01

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    2020/07/18 17:08

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