一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管 【技术领域】
本发明涉及一种换热管，特别是涉及一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管，是对现有强化换热管的改进，属于强化换热元件技术。
背景技术
强化传热技术目前已经广泛应用于石化、电力、冶金等行业的换热器中，但大多以单面强化为主，由于传热效果决定于两侧的共同影响，故单面强化技术并不能大幅度提高整根换热管的换热效率。双面强化换热管及其高效换热器以其优异的传热性能具有广泛的应用前景，因而具有巨大的潜在市场需求。目前关于该类换热管的技术研究还不成熟。
例如公开号为CN2556587的中国专利“花瓣型螺旋纵槽管”，槽纹峰的曲率半径R1大于槽纹谷的曲率半径R2，R1为1～3mm，1.5＜R1/R2＜2.5，槽纹谷的深度为1.0～1.1mm之间，螺旋纵向槽纹与管体轴线夹角α为5～15°，该技术虽然使管外液膜马拉戈尼效应增强，扰动加剧，传热传质性能大幅度地提高，但是由于其只强化了冷凝侧的传热，并未对另一侧进行优化，故由其制造的换热器总传热效率大打折扣，强化传热效果并不明显，实际应用的价值不大。
例如公开号为CN1730204A的中国发明专利“金属多孔表面高通量换热管”，其通过火焰喷枪将金属粉末熔融后直接喷到金属换热管外表面，形成金属多孔层表面，其沸腾传热系数为光管的3～8倍。但是其制备工艺较为复杂，金属粉末浪费严重，同时其形成的多孔层存在孔隙率较低，粘结不牢固等缺陷，限制了该技术的应用。
以上专利公开的技术都存在一定缺陷，因此，研究开发出具有自主知识产权的双面强化传热材料已迫在眉睫。本发明专利的目的就是克服现有技术存在的不足，通过改变粉刷工艺，提高多孔层与基体的结合强度和生产效率。通过将烧结多孔层和竖直纵槽表面有机复合，制备出一种传热系数高且应用广泛的双面强化换热管。
该烧结型表面具有内凹型孔穴，且内部互相连通，由于表面上的孔穴形成了很多汽化中心，大大降低了液体沸腾汽化所需的过热温度，能显著地强化沸腾传热，减少所需换热面积，沸腾换热系数提高到光滑表面的9～10倍，同时由于不会形成局部浓度增高的现象，故其孔穴不易因结垢或结晶而堵塞，从而能够长期稳定的强化沸腾传热。
该竖直纵槽表面主要通过专用轧机加工，该换热表面强化冷凝的原因是：(1)增大冷凝换热面积；(2)减薄管壁上冷凝液膜厚度；(3)加剧流体湍流强度。这样管外冷凝换热系数提高到光滑表面的3～5倍。
【发明内容】
本发明的目的就是为了克服现有普通强化传热管存在的缺陷而提供一种能够同时强化沸腾传热和冷凝传热的外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管，该换热管包括有中间双面强化换热段和两端光滑管接头段，其特征在于，所述的双面强化换热段的外表面为竖直纵槽表面层，内表面为金属多孔表面。
所述的竖直纵槽表面层的槽数n为10～100，槽宽为0.2～1.5mm，槽深e为0.5～1.5mm，槽峰与槽底曲率半径(R1和R2)为0.2～1.5mm，底壁厚w为0.5～3.8mm。
所述的竖直纵槽表面层是在光滑管外表面采用轧机加工而成。
所述的竖直纵槽表面层的材料包括铜合金、碳钢或不锈钢。
所述的光滑管的规格为φ(15～40)×(2～5)×(500～12000)mm。
所述的金属多孔表面层的厚度为0.1～1mm，孔隙率为50～85％，孔径为30～150μm。
所述的金属多孔表面层是将金属粉末与粘结剂的混合料浆喷涂到光滑管内壁，然后在700～1100℃下烧结而成。
所述的金属粉末和粘结剂的重量比为10∶(1～5)，所述的金属粉末包括铁合金粉或铜合金粉，所述的粘结剂包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸和二甲苯。
所述的竖直纵槽表面层的加工方法是在专用轧机上采用多齿辊轧制的，采用添加棒芯的方法防止管子变形。所述的金属多孔表面层采用直接将一定比例的金属粉末和粘结剂调成料浆，然后直接喷涂到光滑管表面的方法，此方法可使金属粉末与基体接触更紧密和均匀，烧结后与基体粘结更牢固，同时提高了生产效率。通过在金属粉末内添加活化助剂，控制多孔层地孔隙率，同时降低烧结温度。
本发明双面强化换热管的制备方法是先在光滑管上加工出外表面竖直纵槽，然后在光滑管内表面喷涂料浆并晾干，然后在高温烧结炉内进行烧结(700～1100℃)，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。
本发明换热管可同时强化管外冷凝传热和管内沸腾传热，管外通过增加换热面积，通过槽顶突起部分划破液膜，然后利用液体表面张力将槽顶的冷凝液带到槽底，然后顺着槽底通道排掉，这样可以减薄液膜厚度，提高传热效率，使冷凝换热系数提高3～5倍，管内通过增加汽化核心的方法可以使沸腾换热效率提高10倍左右，管内、外强化效果都十分显著，属于双面强化换热管，可以大幅度减小换热器的换热面积和体积。
【附图说明】
图1为本发明外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管的剖面图；
图2为本发明外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管的局部横截面示意图。
其中：1-光滑管，2-竖直纵槽表面层，3-金属多孔表面层，w-底壁厚，e-槽深，n-槽数，R1-槽顶半径，R2-槽底半径。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
在规格为φ32×3×1000mm的紫铜光管基体光滑管1上加工管外竖直纵槽表面层2的规格为槽数n＝50，底壁厚w＝2.5mm，槽深e＝0.8mm，槽宽0.6mm，在以制冷剂为介质的冷凝传热实验中，冷凝传热系数可以提高3.5倍。管内烧结型金属多孔表面层3的规格为：多孔层厚0.2mm，当量孔径70μm，孔隙率75％，在以乙醇为介质的沸腾传热实验中，沸腾传热系数可达到光滑管的10倍，单根换热管的总传热系数能提高3倍左右。
实施例2
在规格为φ22×2×3000mm的碳钢管基础上加工的管外竖直纵槽的规格为槽数n＝30，底壁厚w＝1.4mm，槽深e＝0.7mm，槽宽0.2mm，在以制冷剂为介质的冷凝传热实验中，冷凝传热系数可以提高4倍。管内烧结型多孔层换热管的规格为，多孔层厚0.25mm，当量孔径40μm，孔隙率65％，在以丙酮为介质的沸腾传热实验中，沸腾传热系数可达到光滑管的8倍。整根换热管的总传热系数能提高2.5倍。
实施例3
一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管，该换热管包括有中间双面强化换热段和两端光滑管接头段，所述的双面强化换热段的外表面为竖直纵槽表面层，内表面为金属多孔表面。
所述的竖直纵槽表面层是在不锈钢光滑管中间段的外表面采用轧机加工，不锈钢光滑管两端露出为接头段，不锈钢光滑管的规格为φ40×4×12000mm，竖直纵槽表面层的规格为：槽数n＝100，槽宽1.5mm，槽深e＝1.6mm，槽峰与槽底曲率半径(R1和R2)为1.5mm，底壁厚w＝2.5mm；所述的金属多孔表面层的厚度为1mm，孔隙率为80％，孔径为150μm，所述的金属多孔表面层是将重量比为10∶1的铁合金粉与聚丙烯粘结剂的混合料浆喷涂到基体内壁，然后在1100℃下烧结而成。
所述的双面强化换热管的制备方法是先在光滑管上加工出外表面竖直纵槽，然后在光滑管内表面喷涂料浆并晾干，然后在高温烧结炉内进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。
实施例4
一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管，该换热管包括有中间双面强化换热段和两端光滑管接头段，所述的双面强化换热段的外表面为竖直纵槽表面层，内表面为金属多孔表面。
所述的竖直纵槽表面层是在不锈钢光滑管中间段的外表面采用轧机加工，不锈钢光滑管两端露出为接头段，不锈钢光滑管的规格为φ15×2×500mm，竖直纵槽表面层的规格为：槽数n＝10，槽宽0.2mm，槽深e＝1.5mm，槽峰与槽底曲率半径(R1和R2)为0.5mm，底壁厚w＝0.5mm；所述的金属多孔表面层的厚度为0.1mm，孔隙率为50％，孔径为30μm，所述的金属多孔表面层是将重量比为10∶1的铜合金粉与聚乙烯粘结剂的混合料浆喷涂到基体内壁，然后在700℃下烧结而成。
所述的双面强化换热管的制备方法是先在光滑管上加工出外表面竖直纵槽，然后在光滑管内表面喷涂料浆并晾干，然后在高温烧结炉内进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。
实施例5
一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管，该换热管包括有中间双面强化换热段和两端光滑管接头段，所述的双面强化换热段的外表面为竖直纵槽表面层，内表面为金属多孔表面。
所述的竖直纵槽表面层是在不锈钢光滑管中间段的外表面采用轧机加工，不锈钢光滑管两端露出为接头段，不锈钢光滑管的规格为φ20×4×10000mm，竖直纵槽表面层的规格为：槽数n＝80，槽宽1.3mm，槽深e＝1.0mm，槽峰与槽底曲率半径(R1和R2)为1.0mm，底壁厚w＝3.0mm；所述的金属多孔表面层的厚度为0.2mm，孔隙率为85％，孔径为100μm，所述的金属多孔表面层是将重量比为10∶3的铜合金粉与聚对苯二甲酸粘结剂的混合料浆喷涂到基体内壁，然后在900℃下烧结而成。
所述的双面强化换热管的制备方法是先在光滑管上加工出外表面竖直纵槽，然后在光滑管内表面喷涂料浆并晾干，然后在高温烧结炉内进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。