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须毛状传热强化元件
    本发明涉及一种须毛状传热强化元件，属传热强化和换热器技术领域。

    在动力、石油、化工、治金、航空航天等领域都要应用大量的传热装置和换热器。其中换热或换热器的效率对降低能耗和设备投资起着重要作用，因此传热强化技术和装置几十年来一直是工程界极为重视的研究课题，并已有几十甚至上百种的传热强化装置的发明。但是这些强化装置的普遍特点是：传热强化的同时，流动阻力和功耗增加十分显著，一般情况下，换热系数增加一倍，功耗则增加更多。因此，很大程度上影响这些强化装置的推广应用。如1988年烃加工出版社出版的＂换热器＂中册，第34-38页记载的内翅片管式传热强化元件，其结构如图1所示，其特点是：管子内壁有翅片，翅片与管子是一体的或不是一体的，两者材料相同或不相同。翅片沿管长方向是连续的。强化传热原理是：增加传热表面积，当翅片有螺旋角时，还使流体产生旋流而增强传热。其缺点是：这种传热元件加工困难，运行时阻力大，因而功耗大。

    本发明的目的是设计一种须毛状传热强化元件，将金属细丝布置在流体通道内，通过强化通道中心区域流体与近壁处流体壁之间的换热达到增强流体与通道壁换热的目的。

    本发明设计的须毛状传热强化元件，由流体通道、金属细丝和支架组成。支架处于通道中轴线上，金属细丝固定于支架上，1～3根金属细丝形成与通道壁面成80～100°的截面，截面上的金属细丝沿圆周均布，相邻两截面之间地距离为1～5mm，每相邻两截面中相应金属细丝的位置改变30～90°，金属细丝的直径为0.05～1mm。

    本发明设计的须毛状传热强化元件，用于各种传热设备和换热器中，在Re＝300～4000范围内，换热系数可以提高2～25倍，而功耗只增加1～3倍(取决于流体介质的种类和速度等参数)，从而能推广应用于各种传热设备和换热器中，特别适用于气体或低导热系数的液体作为传热介质的换热器。

    附图说明：

    图1是已有技术结构示意图。

    图2是本发明的结构示意图。

    图3是本发明的一个实施例。

    图4是图3的A-A向剖视图。

    下面结合附图，详细说明本发明的内容。

    图2-图4中，1是流体通道，2是支架，3、4、5、6、7、8为须毛状金属丝。

    如图2所示，支架2处于流体通道1的中轴线上，金属细丝固定于支架上。金属细丝3、4处于同一截面上，金属细丝5、6处于又一截面上，两截面之间的距离为1～5mm。而且细丝5相对于细丝3改变了一定角度，如30～90°，图中所示改变了45°。同样细丝6相对于细丝4也改变了45°。细丝组成的截面与流体通道壁面1成80-100°角，最好保持垂直。细丝与通道壁可以焊接，也可以不焊接，插入的细丝与通道壁接触较差时，亦有明显的强化传热效果。如果将细丝与通道壁焊接可以不用支架。金属细丝必须由高导热材料制成，直径为0.05-1mm，丝径越细，传热强化效果越好。图3为本发明的一个实施例，每一截面上只设置一根细丝，如7、8，而细丝8相对于细丝7的位置改变了90°。图4为图3的A-A向剖视图。管道中所有插入的金属丝所占空间很小，因而通道空隙率高达98％以上，对流体的扰动很小，所以增加的阻力也不大。

    本发明经理论分析，数值计算和实验结果表明，由于须毛状金属丝很细，而且垂直于通道壁，所以传热强化明显，高于其他插入物。由于金属丝很细，而且阻塞度很小(＜2％)，即空隙度＞98％，所以与其它类型插入物相比阻力增加要低得多。

    实施例：

    圆管道内径：10mm

    管道长度：  200mm

    须毛状物参数：

    材料：紫铜

    丝径：0.5mm

    排列：沿流向每隔2.5mm放置一根丝，位于管道直径位置，并依次改变90度角

    流体介质：空气

    流速范围：0.5-7m/s

    进口条件：速度充分发展

    雷诺数范围：Re＝300-4000

    传热强化效果：

    雷诺数Re＝2000条件下，与光管相比：

    (1)换热系数提高了7.4倍

    (2)功耗增加2.2倍

    (3)强化换热评价准则：η＝(NU/NU0)/(ξ/ξ0)1/3＝3.31。

    其中(NU/NU0)代表强化后与未强化时换热增加之比，(ξ/ξ0)1/3代表强化后与未强化时的功耗增加之比，η代表相同功耗下的换热了强度的增加。

    一般当强化装置的η＞1时，已认为很好了，而本发明的η＞35，明显优于现有的强化装置。将它应用于换热器中，可望大幅度节省能量或大幅度减少传热面积，降低换热器重量。