减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管
阅读说明：本技术 减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管 (Sine type double-layer corrugated pipe of water cooler of top-reducing supercharger ) 是由 吴成强 李伯奎 李春朋 王玲 许兆美 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管,包括外正弦波纹管、内正弦波纹管和通孔套管,外、内正弦波纹管两端固定有短距光管,外正弦波纹管两端短距光管的内壁、内正弦波纹管两端短距光管的外壁上设置有凹口,通孔套管包括内管、外管,内、外管之间通过筋板固定连接,内管过渡配合卡在内正弦波纹管两端短距光管的外壁凹口处,外管通过过渡配合卡在外正弦波纹管两端短距光管内壁的凹口处,内正弦波纹管上设有将内正弦波纹管内外两侧连通的通孔。结构简单,换热效率高,内层换热管可以抽出清洗,以及表面不易结垢。(The invention discloses a sine type double-layer corrugated pipe of a water cooler of a top reduction supercharger, which comprises an outer sine corrugated pipe, an inner sine corrugated pipe and a through hole sleeve pipe, wherein short distance light pipes are fixed at two ends of the outer sine corrugated pipe and two ends of the inner sine corrugated pipe, notches are arranged on the inner wall of the short distance light pipes at two ends of the outer sine corrugated pipe and the outer wall of the short distance light pipes at two ends of the inner sine corrugated pipe, the through hole sleeve pipe comprises an inner pipe and an outer pipe, the inner pipe and the outer pipe are fixedly connected through rib plates, the inner pipe is clamped at the notches of the outer walls of the short distance light pipes at two ends of the inner sine corrugated pipe in a transition fit manner, the outer pipe is clamped at the notches of the inner walls of the short distance light pipes. Simple structure, heat exchange efficiency is high, and the inner heat exchange tube can be taken out and wash to and the difficult scale deposit in surface.)
技术领域
本发明涉及换热管，具体涉及减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管。
背景技术
在20世纪90年代末研究出波纹管代替光滑管，在波纹管内流体速度较低的情况下达到湍流，破坏壁面边界层，同时与热流体的接触面积增大，进而单层波纹管换热效率较光滑管提高35％。同时单层波纹管受自身尺寸的原因，换热效率受到限制，流体中心层仍出现层流的情况，流体流速较快，热交换效果不充分。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管，该管结构简单，换热效率高，内层换热管可以抽出清洗，以及表面不易结垢。
本发明公开的技术方案如下：减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管，其特征在于，包括外正弦波纹管、内正弦波纹管和通孔套管，外、内正弦波纹管两端固定有短距光管，外正弦波纹管两端短距光管的内壁、内正弦波纹管两端短距光管的外壁上设置有凹口，通孔套管包括内管、外管，内、外管之间通过筋板固定连接，内管过渡配合卡在内正弦波纹管两端短距光管的外壁凹口处，外管通过过渡配合卡在外正弦波纹管两端短距光管内壁的凹口处，内正弦波纹管上设有将内正弦波纹管内外两侧连通的通孔。
在上述方案的基础上，作为优选，外、内正弦波纹管为波高A为3mm，波长S为10mm的正弦型波纹管，内、外正弦波纹管壁厚为1mm。
在上述方案的基础上，作为优选，外正弦波纹管材质为钢，内正弦波纹管和通孔套管材质为铝。
在上述方案的基础上，作为优选，通孔为矩形通孔，矩形通孔四组，且在内正弦波纹管周向上均匀分布，每组矩形通孔有若干个且在内正弦波纹管的轴向上均匀分布。
正弦型双层波纹管装配步骤：将内正弦波纹管插入外正弦波纹管内，同时两个通孔套管与内外正弦波纹管两侧端部进行组装，内外正弦波纹管内外直径处有阶梯台，为了便于通孔套管定位与固定。由于铝有较好的延展性，通孔套管与内外正弦波纹管采用过渡配合，选用JS/js配合公差。
正弦型双层波纹管的模拟分析方法：
(1)利用Soildworks软件里的sin(t)函数绘制出波纹管，将绘制出的波纹管三维软件导入到Fluent软件里，对正弦型双层波纹管的进出口封闭，利用Fill功能对正弦型双层波纹管进行填充，填充出所需要的流体；
(2)对正弦型双层波纹管进行网格划分，设置元素尺寸为1mm，管壁面膨胀期权为平滑过渡，过渡比为0.272，最大层数为5，增长率为1.2，划分结果后网格平均质量为0.53，符合网格质量0～1的指标。其次设置正弦型双层波纹管的边界层，对进出口和管壁面边界层层进行命名；
(3)求解过程：
(1)打来Fluent中的Setup插件，在General中检查网格是否出错，同时尺寸比例修改至mm；
(2)在Models中打开Energy模型和设置湍流模型为标准的k－epsilon模型；
(3)双层波纹管材质为钢介质密度ρ为8030kg/m3，管内介质为水，介质密度ρ为998.2kg/m3，动力粘度μ为0.1kg/(m.s)；
(4)对单双层波纹管设置边界条件，对入口处设置流速分别为1m/s，1.2m/s，1.5m/s，1.8m/s，2m/s，2.2m/s,入口处温度为300T，出口处温度设置为330T，管壁温度为400T，其中进出口的湍流强度为5％，水力直径为38mm；
(5)采用耦合方案，打开伪瞬态、翘曲面梯度矫正、高阶项弛豫；
(6)对流场设置初始化，设置2000的迭代步，迭代达到稳定后，完成求解计算；
(7)通过CFD-post模块，通过求解结果的云图、流线图和函数图像的形式得出双层波纹管管内流体湍流时流场变化，结构参数对传热性能的影响。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)图4所示(a)为单层波纹管流场(b)为双层波纹管流场，在单层波纹管内插入开有方形孔的波纹管，平均流速因此会降低，流体流速较慢，热交换效果充分。最高流速提高10.5％，从而可以预测在低流速的情况下能够达到湍流，减薄了管壁边界层，有助于降低管壁污垢以及间接强化传热。
(2)如图5是1m/s下单双层波纹管表面传热系数，双层波纹管的最高表面传热系数比单层波纹管高2.5倍。进而通过Orign软件整理得出1m/s到2.2m/s情况下如图6所示，通过对正弦型单双层波纹管有效导热系数与表面传热系数比较可得，在Re＝8345时，双层波纹管有效换热系数较单层波纹管提升1.5％。在3793＜＜Re＜＜7586下，双层波纹管表面传热系数较单层波纹管提升1.6到2.7倍。因此装有内插件的双层波纹管的换热效果大大的增强。
(3)如图7所示，通过对双层波纹管传热的综合性能评价可知，根据PEC＝Nu/Nu0/(f/f0)1/3公式，不同的Re下，PEC随着Re先增大后减小再增大，同时PEC>1，双层波纹管强化传热效果良好。在Re＝4552时，双层波纹管的综合换热性能评价最优，PEC达到1.9。
(4)该内插件正弦型双层波纹管结构简单，易于加工制造，同时内正弦波纹管导致管内流体形成湍流，其四周开有诺干个矩形孔导致流体形成二次流，进而破坏边界层，换热效率明显增强。湍流不断冲刷管壁，水垢很难形成。同时内正弦波纹管能抽出方便清洗污垢。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是通孔套管的结构示意图；
图4单(a)、双(b)层波纹管流场分布；
图5是1m/s下单(a)、双(b)层波纹管表面传热系数；
图6是单(a)、双(b)层波纹管Re与λ、k的线性；
图7是双层波纹管综合性能评价。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1-7所示，减顶增压器水冷器正弦型双层波纹管，包括外正弦波纹管1、内正弦波纹管2和通孔套管3，外、内正弦波纹管两端固定有短距光管5，便于与管板胀接与焊接，外正弦波纹管两端短距光管的内壁、内正弦波纹管两端短距光管的外壁上设置有凹口，通孔套管包括内管31、外管32，内、外管之间通过筋板33固定连接，筋板有四个，起支撑固定作用，内管过渡配合卡在内正弦波纹管两端短距光管的外壁凹口处，外管通过过渡配合卡在外正弦波纹管两端短距光管内壁的凹口处，内正弦波纹管上设有将内正弦波纹管内外两侧连通的通孔，通孔4优选开设在波谷处。
外、内正弦波纹管为波高A为3mm，波长S为10mm的正弦型波纹管，内、外正弦波纹管壁厚为1mm。
外正弦波纹管材质为钢，内正弦波纹管和通孔套管材质为铝。
通孔为矩形通孔，矩形通孔四组，且在内正弦波纹管周向上均匀分布，每组矩形通孔有若干个且在内正弦波纹管的轴向上均匀分布。
正弦型双层波纹管装配步骤：将内正弦波纹管插入外正弦波纹管内，同时两个通孔套管与内外正弦波纹管两侧端部进行组装，内外正弦波纹管内外直径处有阶梯台，为了便于通孔套管定位与固定。由于铝有较好的延展性，通孔套管与内外正弦波纹管采用过渡配合，选用JS/js配合公差。
正弦型双层波纹管的模拟分析方法：
(1)利用Soildworks软件里的sin(t)函数绘制出波纹管，将绘制出的波纹管三维软件导入到Fluent软件里，对正弦型双层波纹管的进出口封闭，利用Fill功能对正弦型双层波纹管进行填充，填充出所需要的流体；
(2)对正弦型双层波纹管进行网格划分，设置元素尺寸为1mm，管壁面膨胀期权为平滑过渡，过渡比为0.272，最大层数为5，增长率为1.2，划分结果后网格平均质量为0.53，符合网格质量0～1的指标。其次设置正弦型双层波纹管的边界层，对进出口和管壁面边界层层进行命名；
(3)求解过程：
(1)打来Fluent中的Setup插件，在General中检查网格是否出错，同时尺寸比例修改至mm；
(2)在Models中打开Energy模型和设置湍流模型为标准的k－epsilon模型；
(3)双层波纹管材质为钢介质密度ρ为8030kg/m3，管内介质为水，介质密度ρ为998.2kg/m3，动力粘度μ为0.1kg/(m.s)；
(4)对单双层波纹管设置边界条件，对入口处设置流速分别为1m/s，1.2m/s，1.5m/s，1.8m/s，2m/s，2.2m/s,入口处温度为300T，出口处温度设置为330T，管壁温度为400T，其中进出口的湍流强度为5％，水力直径为38mm；
(5)采用耦合方案，打开伪瞬态、翘曲面梯度矫正、高阶项弛豫；
(6)对流场设置初始化，设置2000的迭代步，迭代达到稳定后，完成求解计算；
(7)通过CFD-post模块，通过求解结果的云图、流线图和函数图像的形式得出双层波纹管管内流体湍流时流场变化，结构参数对传热性能的影响。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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