旋流扰动装置及换热管结构

摘要

本发明提供了一种旋流扰动装置及换热管结构，旋流扰动装置用于安装在换热管结构内，换热管结构包括第一管和穿设在第一管内的第二管；第一管与第二管之间形成供第一流体流动的环形流路；第二管供第二流体流动；第一流体与第二流体温度不同；旋流扰动装置包括沿第一管的延伸方向依次布置且可拆卸地连接的具有第一外螺纹的第一旋流组件和具有第二外螺纹的第二旋流组件；第一旋流组件和第二旋流组件均穿设在第一管内且套接在第二管上；第一旋流组件的外径沿自身延伸方向不变，第二旋流组件的外径沿远离第一旋流组件的方向逐渐减小，第一旋流组件的最大外径等于第二旋流组件的最大外径，以解决现有技术中具有旋流器的换热管的流体流动压降过大的问题。

权利要求

1.一种旋流扰动装置，用于安装在换热管结构内，所述换热管结构包括第一管（1）和穿设在所述第一管（1）内的第二管（2）；所述第一管（1）与所述第二管（2）之间间隔布置，以形成用于供第一流体流动的环形流路；所述第二管（2）用于供第二流体流动；所述第一流体的温度与所述第二流体的温度不相同；其特征在于，所述旋流扰动装置包括：沿所述第一管（1）的延伸方向依次布置的具有第一外螺纹（310）的第一旋流组件（3）和具有第二外螺纹（410）的第二旋流组件（4），所述第一旋流组件（3）的第二端与所述第二旋流组件（4）的第一端之间可拆卸地连接；所述第一旋流组件（3）和所述第二旋流组件（4）均穿设在所述第一管（1）内且套接在所述第二管（2）上；

其中，所述第一旋流组件（3）的外径沿所述第一旋流组件（3）的延伸方向保持不变，所述第二旋流组件（4）的外径沿远离所述第一旋流组件（3）的方向逐渐减小，所述第一旋流组件（3）的最大外径等于所述第二旋流组件（4）的最大外径。

2.根据权利要求1所述的旋流扰动装置，其特征在于，所述第一旋流组件（3）的第二端设置有插接槽（30），所述第二旋流组件（4）的第一端设置有与所述插接槽（30）对应的插接部（40），所述插接部（40）插设在所述插接槽（30）内，以将所述第一旋流组件（3）与所述第二旋流组件（4）连接。

3.根据权利要求2所述的旋流扰动装置，其特征在于，所述插接部（40）和所述插接槽（30）均为多个，多个所述插接槽（30）与多个所述插接部（40）一一对应地设置，以使各个所述插接部（40）分别插设在相应的所述插接槽（30）内。

4.根据权利要求3所述的旋流扰动装置，其特征在于，

所述第一旋流组件（3）包括开设有第一通孔的第一旋流器（31），所述第一旋流器（31）套设在所述第二管（2）的外周面上；所述第一外螺纹（310）位于所述第一旋流器（31）的外周面上，所述第一外螺纹（310）与所述第一管（1）的管内壁之间形成第一螺旋流道；

所述第二旋流组件（4）包括开设有第二通孔的第二旋流器（41），所述第二旋流器（41）套设在所述第二管（2）的外周面上；所述第二外螺纹（410）位于所述第二旋流器（41）外周面上，所述第二外螺纹（410）与所述第一管（1）的管内壁之间形成第二螺旋流道。

5.根据权利要求4所述的旋流扰动装置，其特征在于，

所述第一旋流组件（3）还包括位于所述第一旋流器（31）远离所述第二旋流组件（4）一端的第一挡圈（32），所述第一挡圈（32）套设在所述第二管（2）上；所述第二管（2）上设置有用于安装所述第一挡圈（32）的第一卡槽，所述第一卡槽与所述第一挡圈（32）对应设置，以对所述第一旋流器（31）的第一端进行限位；

所述第二旋流组件（4）还包括位于所述第二旋流器（41）远离所述第一旋流组件（3）一端的第二挡圈（42），所述第二挡圈（42）套设在所述第二管（2）上；所述第二管（2）上设置有用于安装所述第二挡圈（42）的第二卡槽，所述第二卡槽与所述第二挡圈（42）对应设置，以对所述第二旋流器（41）的第二端进行限位。

6.根据权利要求4所述的旋流扰动装置，其特征在于，所述第一外螺纹（310）和所述第二外螺纹（410）的旋向相同，所述第一外螺纹（310）的螺纹升角为α1，所述第二外螺纹（410）的螺纹升角为α2，其中，α1=α2。

7.根据权利要求4所述的旋流扰动装置，其特征在于，

所述第一外螺纹（310）的螺纹升角为α1，所述第二旋流器（41）的长度为L3，所述第二旋流器（41）为锥形，所述第二旋流器（41）的锥角为α3，所述第二旋流器（41）的孔壁面至所述第二旋流器（41）外周面的最大距离为H，所述第一旋流器（31）的最大外径为D2，所述第二管（2）的管外径为D4，其中，tan（α3/2）=H/L3；和/或H=（D2‑D4）/2；和/或（α1+α3/2）≤90°。

8.根据权利要求4所述的旋流扰动装置，其特征在于，所述第一管（1）的管内径为D1，所述第一旋流器（31）的最大外径为D2，所述第二旋流器（41）的最大外径为D3；

其中，D1＞D2，D2=D3；和/或2mm≤（D1‑D2）≤5mm；和/或2mm≤（D1‑D3）≤5mm。

9.根据权利要求4所述的旋流扰动装置，其特征在于，所述第一旋流器（31）的最大外径为D2，所述第二旋流器（41）的最大外径为D3，所述第二管（2）的管外径为D4，所述第一旋流器（31）的第一端与所述第一管（1）的靠近所述第一旋流器（31）的第一端的一端之间的距离为L1，其中，L1/（D2‑D4）＞60；和/或所述第二旋流器（41）的第二端与所述第一管（1）的靠近所述第二旋流器（41）的第二端的一端之间的距离为L2，其中，L2/（D3‑D4）＞60。

10.一种换热管结构，包括第一管（1）和穿设在所述第一管（1）内的第二管（2），其特征在于，所述换热管结构还包括权利要求1至9中任一项所述的旋流扰动装置，所述旋流扰动装置设置在所述第一管（1）和所述第二管（2）之间。

说明书

旋流扰动装置及换热管结构

技术领域

[0001] 本发明涉及换热管领域，具体而言，涉及一种旋流扰动装置及换热管结构。

背景技术

[0002] 换热管作为换热设备的核心元件，换热设备的实际换热性能总是受到换热管的材料物性及形状结构的影响。为了强化管内的换热效果，较常见的做法是利用旋流扰动的管内流动模式。流体流经旋流器后，形成强烈的涡旋流动，以减薄边界层厚度并促进管内传热传质，对管壁还能起到一个强劲的冲刷作用，从而减少管道内壁面的水垢的形成，减少换热的阻碍。

[0003] 现有技术中换热管的旋流扰动形式中，利用螺旋结构，增加了换热管内的流体的流动路径，使换热面积增大，有效提高了换热管的换热效率，改善了换热管的换热效果和提高了换热管结构一体化的可靠性。

[0004] 但是，为了能稳定维持旋流的扰动，往往旋流器都会贯穿于整个换热管设置，制造旋流器的材料成本也比较大，其造成的流动压降就会比较大，管道压降显著增大，因此存在强化传热的同时，必然伴随着流动阻力造成的能量额外损耗。另外，由于离心力的驱使，大部分的旋流扰动都集中在管道外壁区域，距离管道外壁较远的内部区域的传热传质现象并不显著，甚至在局部区域会形成流动换热的“死区”，造成旋流换热分布不均匀。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种旋流扰动装置及换热管结构，以解决现有技术中的具有旋流器的换热管中的流体的流动阻力过大的问题。

[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种旋流扰动装置，用于安装在换热管结构内，换热管结构包括第一管和穿设在第一管内的第二管；第一管与第二管之间间隔布置，以形成用于供第一流体流动的环形流路；第二管用于供第二流体流动；第一流体的温度与第二流体的温度不相同；旋流扰动装置包括：沿第一管的延伸方向依次布置的具有第一外螺纹的第一旋流组件和具有第二外螺纹的第二旋流组件，第一旋流组件的第二端与第二旋流组件的第一端之间可拆卸地连接；第一旋流组件和第二旋流组件均穿设在第一管内且套接在第二管上；其中，第一旋流组件的外径沿第一旋流组件的延伸方向保持不变，第二旋流组件的外径沿远离第一旋流组件的方向逐渐减小，第一旋流组件的最大外径等于第二旋流组件的最大外径。

[0007] 进一步地，第一旋流组件的第二端设置有插接槽，第二旋流组件的第一端设置有与插接槽对应的插接部，插接部插设在插接槽内，以将第一旋流组件与第二旋流组件连接。

[0008] 进一步地，插接部和插接槽均为多个，多个插接槽与多个插接部一一对应地设置，以使各个插接部分别插设在相应的插接槽内。

[0009] 进一步地，第一旋流组件包括开设有第一通孔的第一旋流器，第一旋流器套设在第二管的外周面上；第一外螺纹位于第一旋流器的外周面上，第一外螺纹与第一管的管内壁之间形成第一螺旋流道；第二旋流组件包括开设有第二通孔的第二旋流器，第二旋流器套设在第二管的外周面上；第二外螺纹位于第二旋流器外周面上，第二外螺纹与第一管的管内壁之间形成第二螺旋流道。

[0010] 进一步地，第一旋流组件还包括位于第一旋流器远离第二旋流组件一端的第一挡圈，第一挡圈套设在第二管上；第二管上设置有用于安装第一挡圈的第一卡槽，第一卡槽与第一挡圈对应设置，以对第一旋流器的第一端进行限位；第二旋流组件还包括位于第二旋流器远离第一旋流组件一端的第二挡圈，第二挡圈套设在第二管上；第二管上设置有用于安装第二挡圈的第二卡槽，第二卡槽与第二挡圈对应设置，以对第二旋流器的第二端进行限位。

[0011] 进一步地，第一外螺纹和第二外螺纹的旋向相同，第一外螺纹的螺纹升角为α1，第二外螺纹的螺纹升角为α2，其中，α1＝α2。

[0012] 进一步地，第一外螺纹的螺纹升角为α1，第二旋流器的长度为L3，第二旋流器为锥形，第二旋流器的锥角为α3，第二旋流器的孔壁面至第二旋流器外周面的最大距离为H，第一旋流器的最大外径为D2，第二管的管外径为D4，其中，tan(α3/2)＝H/L3；和/或H＝(D2‑D4)/2；和/或(α1+α3/2)≤90°。

[0013] 进一步地，第一管的管内径为D1，第一旋流器的最大外径为D2，第二旋流器的最大外径为D3；其中，D1＞D2，D2＝D3；和/或2mm≤(D1‑D2)≤5mm；和/或2mm≤(D1‑D3)≤5mm。

[0014] 进一步地，第一旋流器的最大外径为D2，第二管的管外径为D4，第一旋流器的第一端与第一管的靠近第一旋流器的第一端的一端之间的距离为L1，其中，L1/(D2‑D4)＞60；和/或第二旋流器的第二端与第一管的靠近第二旋流器的第二端的一端之间的距离为L2，其中，L2/(D3‑D4)＞60。

[0015] 根据本发明的另一方面，提供了一种换热管结构，包括第一管和穿设在第一管内的第二管，换热管结构还包括上述的旋流扰动装置，旋流扰动装置设置在第一管和第二管之间。

[0016] 应用本发明的技术方案，本发明的旋流扰动装置包括沿换热管结构的延伸方向依次设置的具有第一外螺纹的第一旋流组件和具有第二外螺纹的第二旋流组件，第一旋流组件和第二旋流组件均位于换热管结构的第一管和第二管之间且与第二管可拆卸地连接，第一外螺纹为直螺纹结构，第二外螺纹为锥螺纹结构，以使第一旋流组件的外径沿第一旋流组件的延伸方向保持不变，第二旋流组件的外径沿远离第一旋流组件的方向逐渐减小，第一旋流组件的外径的最小值大于或等于第二旋流组件的最大外径。本发明的旋流扰动装置结构相对紧凑可靠，便于组装以及更换维修，换热管结构内部形成了部分为渐缩式的螺旋流道，其更加符合涡旋流动的状态，在不影响外部高速流动的情况下，能够充分地利用内部低速区域，提高内部区域流动时的旋流强度，使得管内旋流换热得到均匀化的分布，形成均匀的扰动，从而使换热“死区”的面积相对地减少，有利于维持管内的涡旋流动，延长整体涡旋流动的作用区域，尽可能地提高了换热管结构内部的流道的有效利用率，解决了现有技术中的具有旋流器的换热管结构内部的流体的流动压降过大的问题，降低了流体流动时的压降。

附图说明

[0017] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0018] 图1示出了具有本发明的旋流扰动装置的换热管结构的实施例的部分结构的剖视图的轴侧视图；

[0019] 图2示出了图1所示的换热管结构的部分结构的剖视图的正视图；

[0020] 图3示出了图1所示的换热管结构的旋流扰动装置的第一旋流组件的结构示意图；

[0021] 图4示出了图3所示的第一旋流组件的第一旋流器的结构示意图；

[0022] 图5示出了图4所示的第一旋流器的侧视图；

[0023] 图6示出了图1所示的换热管结构的旋流扰动装置的第二旋流组件的结构示意图；

[0024] 图7示出了图6所示的第二旋流组件的第二旋流器的结构示意图；以及

[0025] 图8示出了图7所示的第二旋流器的侧视图。

[0026] 其中，上述附图包括以下附图标记：

[0027] 1、第一管；2、第二管；3、第一旋流组件；30、插接槽；31、第一旋流器；310、第一外螺纹；32、第一挡圈；4、第二旋流组件；40、插接部；41、第二旋流器；410、第二外螺纹；42、第二挡圈。

具体实施方式

[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0029] 如图1至图8所示，本发明提供了一种旋流扰动装置，用于安装在换热管结构内，换热管结构包括第一管1和穿设在第一管1内的第二管2；第一管1与第二管2之间间隔布置，以形成用于供第一流体流动的环形流路；第二管2用于供第二流体流动；第一流体的温度与第二流体的温度不相同；旋流扰动装置包括：沿第一管1的延伸方向依次布置的具有第一外螺纹310的第一旋流组件3和具有第二外螺纹410的第二旋流组件4，第一旋流组件3的第二端与第二旋流组件4的第一端之间可拆卸地连接；第一旋流组件3和第二旋流组件4均穿设在第一管1内且套接在第二管2上；其中，第一旋流组件3的外径沿第一旋流组件3的延伸方向保持不变，第二旋流组件4的外径沿远离第一旋流组件3的方向逐渐减小，第一旋流组件3的最大外径等于第二旋流组件4的最大外径。

[0030] 本发明的旋流扰动装置包括沿换热管结构的延伸方向依次设置的具有第一外螺纹310的第一旋流组件3和具有第二外螺纹410的第二旋流组件4，第一旋流组件3和第二旋流组件4均位于换热管结构的第一管1和第二管2之间且与第二管2可拆卸地连接，第一外螺纹310为直螺纹结构，第二外螺纹410为锥螺纹结构，以使第一旋流组件3的外径沿第一旋流组件3的延伸方向保持不变，第二旋流组件4的外径沿远离第一旋流组件3的方向逐渐减小，第一旋流组件3的外径的最小值大于或等于第二旋流组件4的最大外径。本发明的旋流扰动装置结构相对紧凑可靠，便于组装以及更换维修，换热管结构内部形成了部分为渐缩式的螺旋流道，其更加符合涡旋流动的状态，在不影响外部高速流动的情况下，能够充分地利用内部低速区域，提高内部区域流动时的旋流强度，使得管内的旋流换热得到均匀分布，形成均匀的扰动，从而使换热“死区”的面积相对地减少，有利于维持管内的涡旋流动，延长整体涡旋流动的作用区域，尽可能地提高了换热管结构内部的流道的有效利用率，解决了现有技术中的具有旋流器的换热管结构内部的流体的流动压降过大的问题，降低了流体流动时的压降。

[0031] 具体地，这里的内部与外部是一个概括性区分，而非精确位置的区分，将第一管1的管内壁和第二管2的管外壁之间的空间分为内部和外部，流体在这一整个空间内因受到离心力及扰动力的作用，其旋流强度是渐变的，沿径向有所区分，靠近第二管2的管外壁附近的区域为内部，靠近第一管1的管内壁附近的区域为外部。

[0032] 本发明的旋流扰动装置所形成的强烈的旋流冲击可对换热管结构的管道内壁处的水垢起到冲刷作用，并使被冲刷下的水垢随流体的流动排至换热管结构的外部，减少水垢对换热的阻碍和对流体流动的阻碍，减少换热管结构的清洁和维修的工作量，降低维护费用。

[0033] 优选地，本发明的旋流扰动装置安装在换热管结构的管道入口附近，第一旋流组件3的第一端为第一流体的进入端，第二旋流组件4的第二端为第一流体的流出端，由于整个旋流扰动装置比较紧凑地集中于换热管结构的一部分流道中，且后半段的螺旋槽道的高度逐渐缩小，相对来说，制冷剂的流动压降幅度较小。

[0034] 具体地，第一旋流组件3中的第一外螺纹310的螺纹头数和第二旋流组件4的第二外螺纹410的螺纹头数相等，即第一外螺纹310所形成的螺旋槽道的个数与第二外螺纹410所形成的螺旋槽道的个数相等，第一外螺纹310的多个螺旋槽道与第二外螺纹410的多个螺旋槽道一一对应地设置，第一外螺纹310的各个螺旋槽道位于第一旋流组件的第二端处的尺寸与相应的第二外螺纹410的各个螺旋槽道位于第二旋流组件4的第一端处的尺寸相等，当第一旋流组件3的第二端与第二旋流组件4的第一端之间连接时，需使第一外螺纹310的各个螺旋槽道与相应的第二外螺纹410的螺旋槽道相连通，以保证第一流体所受到的流动阻力不会因螺旋槽道在衔接处的尺寸的突变而增大。

[0035] 具体地，第一流体与第二流体的流动方向互为相反方向；第一流体的温度小于第二流体的温度。

[0036] 具体地，第一流体为冷流体，第二流体为热流体。第一管1的靠近第一旋流组件3的第一端的一端为第一管1的进口，第一管1的靠近第二旋流组件4的第二端的一端为第一管1的出口；第二管2的靠近第二旋流组件4的第二端的一端为第二管2的进口，第二管2的靠近第一旋流组件3的第一端的一端为第二管2的出口。

[0037] 在本发明的实施例中，第一管1的进口与外部的冷水管连接，用于通入冷流体；第一管1的出口与另一组换热管结构的进口或循环回路的进口连接，用于流出冷流体；第二管2的进口与外部的热水管连接，用于通入热流体；第二管2的出口与另一组换热管结构的进口或循环回路的进口连接，用于流出热流体。

[0038] 第一管1的进口与第二管2的出口位于同一侧，第一管1的出口与第二管2的进口位于同一侧，冷流体与热流体的流动方向相反，不同温度的流体呈现逆向对流换热的形式，使得换热管结构中的局部区域得到耐温保护，可延长换热管结构的使用寿命，提高换热管结构的有效利用率。

[0039] 具有本发明的旋流扰动装置的换热管结构在工作时，冷流体由第一管1的进口输送到第一管1和第二管2之间的环形流路内，当流体流经第一旋流组件3时，形成强烈的外部高速流动，并逐渐形成涡核流动，当冷流体流经第二旋流组件4时，能使得内部低速区域被充分地利用，内部流动的旋流强度被提高，以形成均匀的扰动，减少了第一流体流动换热时的“死区”面积，第一旋流组件3和第二旋流组件4所形成的渐缩式的螺旋流道的形式较为符合换热管结构管内的流体的涡旋流动的状态，有利于维持换热管结构的管内的涡旋流动，延长整体的涡旋流动的作用区域，在流动过程中，通过强烈的扰动以减薄流体的边界层，促进流体与换热管结构的管壁之间的对流换热；相应地，热流体由第二管2的进口输送到第二管2内，与流经第一管1和第二管2之间的环形流路的冷流体进行间接对流换热。

[0040] 本发明的旋流扰动装置的第一旋流组件3和第二旋流组件4外径可根据应用场景的需要进行适当的调整，第一旋流组件3和第二旋流组件4的长度也可根据热量沿程交换的情况进行适当的设置。

[0041] 如图3至图8所示，第一旋流组件3的第二端设置有插接槽30，第二旋流组件4的第一端设置有与插接槽30对应的插接部40，插接部40插设在插接槽30内，以将第一旋流组件3与第二旋流组件4连接。

[0042] 第一旋流组件3通过插接槽30和插接部40的设置与第二旋流组件4之间可拆卸地连接，以便于更换不同型号的旋流组件以及对旋流组件进行清洁和维修。

[0043] 优选地，插接部40和插接槽30均为多个，多个插接槽30与多个插接部40一一对应地设置，以使各个插接部40分别插设在相应的插接槽30内。

[0044] 多个插接槽30环绕第一旋流组件3的中心线呈360度均匀布置，多个插接部40环绕第二旋流组件4的中心线呈360度均匀布置，第一旋流组件3的中心线与第二旋流组件4的中心线重合。

[0045] 在本发明的实施例中，第一旋流组件3的第二端具有三个插接槽30，三个插接槽30环绕第一旋流组件3的中心线呈360度均匀布置，相邻两个插接槽30的中心分别与第一旋流组件3的中心线之间的连线的夹角为120度；相应地，第二旋流组件4的第一端具有三个插接部40，三个插接部40环绕第二旋流组件4的中心线呈360度均匀布置，相邻两个插接部40的中心分别与第二旋流组件4的中心线之间的连线的夹角为120度，以确保周向形成稳定的三角固定体系，使第一旋流器31以及第二旋流器41之间的受力和连接更加稳定。

[0046] 优选地，插接槽30沿第一旋流组件3的中心线方向的深度大于相应的插接部40沿第二旋流组件4的中心线方向的长度，以使插接部40能够完全插入相应的插接槽30内。

[0047] 如图2所示，第一旋流组件3包括开设有第一通孔的第一旋流器31，第一旋流器31套设在第二管2的外周面上；第一外螺纹310位于第一旋流器31的外周面上，第一外螺纹310与第一管1的管内壁之间形成第一螺旋流道；第二旋流组件4包括开设有第二通孔的第二旋流器41，第二旋流器41套设在第二管2的外周面上；第二外螺纹410位于第二旋流器41的外周面上，第二外螺纹410与第一管1的管内壁之间形成第二螺旋流道。

[0048] 如图2所示，第一旋流组件3还包括位于第一旋流器31远离第二旋流组件4一端的第一挡圈32，第一挡圈32套设在第二管2上；第二管2上设置有用于安装第一挡圈32的第一卡槽，第一卡槽与第一挡圈32对应设置，以对第一旋流器31的第一端进行限位；第二旋流组件4还包括位于第二旋流器41远离第一旋流组件3一端的第二挡圈42，第二挡圈42套设在第二管2上；第二管2上设置有用于安装第二挡圈42的第二卡槽，第二卡槽与第二挡圈42对应设置，以对第二旋流器41的第二端进行限位。

[0049] 第一旋流器31与第二管2的外周面之间间隙配合，第二旋流器41与第二管2的外周面之间间隙配合，第一旋流器31的第二端与第二旋流器41的第一端连接，第一旋流器31的第一端通过第一挡圈32和第一卡槽限位，第二旋流器41的第二端通过第二挡圈42和第二卡槽限位，从而使第一旋流器31和第二旋流器41固定在第二管2上。

[0050] 优选地，第一挡圈32沿垂直于第一旋流器31的中心线方向的尺寸要低于第一外螺纹310的所形成的螺旋槽道的槽底面，第二挡圈42沿垂直于第二旋流器41的中心线方向的尺寸要低于第二外螺纹410的所形成的螺旋槽道的槽底面，以避免对流体的流动造成不利的影响。

[0051] 优选地，第一外螺纹310和第二外螺纹410的旋向相同，第一外螺纹310的螺纹升角为α1，第二外螺纹410的螺纹升角为α2，其中，α1＝α2。这样设置促进了内部流体的低速流动，避免了流体的流动因旋向不同而受到反向冲击或旋流强度滞后的影响。

[0052] 可选地，第一外螺纹310和第二外螺纹410的旋向可以为左旋，也可以为右旋，只要保证第一外螺纹310和第二外螺纹410的旋向相同即可。

[0053] 具体地，α1和α2的计算公式如下：

[0054] α＝arctan[nP/(πd)]

[0055] d＝D‑0.6495P

[0056] 其中：n为螺纹线数或螺纹头数；d为螺纹中径；P为螺纹螺距；D螺纹大径；0.6495为经验修正系数。

[0057] 优选地，第一旋流器31和第二旋流器41采用铝制材料制作，第一管1和第二管2也采用铝制材料制作，以减轻换热管结构的整体质量。

[0058] 具体地，第一外螺纹310的螺纹升角为α1，第二旋流器41的长度为L3，第二旋流器41为锥形，第二旋流器41的锥角为α3，第二旋流器41的孔壁面至第二旋流器41外周面的最大距离为H，第一旋流器31的最大外径为D2，第二管2的管外径为D4，其中，tan(α3/2)＝H/L3；和/或H＝(D2‑D4)/2；和/或(α1+α3/2)≤90°。

[0059] 具体地，第二旋流器41的长度L3即为第二旋流器41沿自身中心线(或延伸线)方向的尺寸，第二旋流器41的锥角为α3即为第二旋流器41的外周面的渐缩角。

[0060] 当tan(α3/2)＝H/L3，H＝(D2‑D4)/2，(α1+α3/2)≤90°时，能够确保在不同的流道的渐缩角下，对应加工出相匹配的第二旋流器41的长度L3。

[0061] 优选地，第一管1的管内径为D1，第一旋流器31的最大外径为D2，第二旋流器41的最大外径为D3；其中，D1＞D2，D2＝D3；和/或2mm≤(D1‑D2)≤5mm；和/或2mm≤(D1‑D3)≤5mm。

[0062] 具体地，第一管1的管内径D1和第二管2的管外径D4均保持不变；第一旋流器31的最大外径D2即为第一外螺纹310的螺纹大径；第二旋流器41的最大外径D3即为第二外螺纹410的大端的螺纹大径。第二外螺纹410的螺纹大径与第一管1的管内壁之间留有安装的安全间隙(D1‑D2)，第二外螺纹410的大端的螺纹大径与第一管1的管内壁之间留有安装的安全间隙(D1‑D3)，这样能够有效地形成螺旋流道壁面，便于安装和拆卸第一旋流器31和第二旋流器41，保证其不会损伤。

[0063] 优选地，第一旋流器31的最大外径为D2，第二管2的管外径为D4，第一旋流器31的第一端与第一管1的靠近第一旋流器31的第一端的一端之间的距离为L1，其中，L1/(D2‑D4)＞60；和/或第二旋流器41的第二端与第一管1的靠近第二旋流器41的第二端的一端之间的距离为L2，其中，L2/(D3‑D4)＞60。

[0064] 具体地，第一旋流器31的第一端与第一管1的靠近第一旋流器31的第一端的一端之间的距离L1是指第一管1的进口与第一旋流器31的第一端之间的距离；第二旋流器41的第二端与第一管1的靠近第二旋流器41的第二端的一端之间的距离L2是指第一管1的出口与第二旋流器41的第二端之间的距离。

[0065] 当L1/(D2‑D4)＞60时，能有效避免第一管1的进口处的流体流进第一管1内的较大空间内之后再流至第一旋流器31处遇到阻碍而导致压力的不稳定变化，从而影响流体的流速变化的情况的发生，确保流体的平稳流动。

[0066] 当L2/(D3‑D4)＞60时，能够保证流体在换热管结构内的换热以及流动不会受到出口波动的影响，能够充分稳定地发展。

[0067] 如图1和图2所示，本发明还提供了一种换热管结构，包括第一管1和穿设在第一管1内的第二管2，换热管结构还包括上述的旋流扰动装置，旋流扰动装置设置在第一管1和第二管2之间。

[0068] 为验证本发明的有利效果，将本发明的旋流扰动装置的换热管结构(下文简称为渐缩类型)与在同等长度下无渐缩类型的换热管(其旋流器的形状与本发明的第一旋流器31的形状相同，长度等于本发明的第一旋流器31和第二旋流器41的总长度，下文简称为无渐缩类型)以及一半长度下无渐缩类型的换热管(其旋流器的形状与本发明的第一旋流器
31的形状相同，长度等于本发明的第一旋流器31和第二旋流器41的总长度的一半，下文简称为半无渐缩类型)进行对比，以进行如下仿真模拟试验：

[0069] 仿真模拟试验的具体设定如下：

[0070] 考虑到第一外螺纹310和第二外螺纹410的结构的可设计性，也为了能明显地获得高旋流强度，设定第一旋流器31和第二旋流器41的叶片角度为30°，具体地，叶片指的是第一旋流器31和第二旋流器41的外螺纹结构，其角度为螺纹升角。

[0071] 采用压力基求解器以及稳态求解计算，忽略重力的影响，设定壁面无滑移(无滑移壁面为仿真模型的一种设置，“无滑移”边界条件的意思就是流体在壁面处的速度或相对速度为零。与之相对的是“滑移”边界条件，即流体在壁面处的速度不为零，而是与滑移壁面所定义的剪切应力有关。一般在大尺度的流场分析中，壁面都属于无滑移边界，对于微通道才会考虑滑移壁面设置)，不渗透。

[0072] 第一管1的进口和第二管2的进口处的流体均为水，水温分别设定为300K和353K，3
水的密度ρ水为998.2Kg/m ，水的比热容cp水为4182J/Kg·K，水的导热系数λ水为0.6w/m·K，水的运动粘度μ水为0.001003Kg/m·s。

[0073] 换热管结构及旋流扰动装置的材料为铝材，铝材的密度ρ铝为2719Kg/m3、铝的比热容cp铝为871J/Kg·K，铝的导热系数λ铝为202.4w/m·K。

[0074] 采用Coupled求解算法，梯度项采用基于节点的方案，压力项采用PISO方案，动量项采用QUICK方案，其余参数项均采用二阶方案。

[0075] 采用ANSYS Fluent 2019对流体在换热管结构的管内的流动状况以及换热状况进行数值求解，应用RNG控制方程及雷诺时均法对湍流三维流动进行求解计算。

[0076] 最终，得到换热量及Q(单位：W)及进出口压降△P(单位:Pa)的试验结果，如下表所示：

[0077] 类别 半无渐缩类型 渐缩类型 无渐缩类型Q(W) 1333.09 1341.66 1365.12
△P(Pa) 294.25 286.68 392.04

[0078] 根据上表的试验结果可知：

[0079] 相比于无渐缩类型的旋流扰动装置，在换热量相当的情况下，本发明的旋流扰动装置可以使制冷剂的流动压降降低27％。主要的原因在于本发明的渐缩类型的旋流扰动装置比较符合换热管结构的管内的涡旋流动，且能够保证具备与无渐缩类型接近的扰动强度，而实际上由于流道的逐渐扩大，流体流动的压降幅度会显著降低。

[0080] 相比于半无渐缩类型的旋流扰动装置，在换热量相当的情况下，本发明的旋流扰动装置可以使制冷剂的流动压降降低2.6％，主要的原因在于，水流经本发明的渐缩类型的旋流扰动装置后，内部低速区域的旋流强度被提高，流速效应大于压降效应，使得压降反而比半无渐缩类型的降低了。

[0081] 因此，本发明的渐缩类型的旋流扰动装置更加适用于换热管结构的管内的涡旋流动，在保证具有足够的旋流扰动的情况下还能降低流体的流动压降。而且，当流体流经本发明的渐缩类型的旋流扰动装置时，随着螺旋槽道的高度的逐渐缩短，流体的流体会受到离心力的驱使而脱离旋流扰动装置，进而对内部低速区域的流体进行一个梯度式的扰动，逐渐提高了内部低速区域的旋流强度。

[0082] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

[0083] 本发明的旋流扰动装置包括沿换热管结构的延伸方向依次设置的具有第一外螺纹310的第一旋流组件3和具有第二外螺纹410的第二旋流组件4，第一旋流组件3和第二旋流组件4均位于换热管结构的第一管1和第二管2之间且与第二管2可拆卸地连接，第一外螺纹310为直螺纹结构，第二外螺纹410为锥螺纹结构，以使第一旋流组件3的外径沿第一旋流组件3的延伸方向保持不变，第二旋流组件4的外径沿远离第一旋流组件3的方向逐渐减小，第一旋流组件3的外径的最小值大于或等于第二旋流组件4的最大外径。本发明的旋流扰动装置结构相对紧凑可靠，便于组装以及更换维修，换热管结构内部形成了部分为渐缩式的螺旋流道，其更加符合涡旋流动的状态，在不影响外部高速流动的情况下，能够充分地利用内部低速区域，提高内部区域流动时的旋流强度，使得管内旋流换热得到均匀化的分布，形成均匀的扰动，从而使换热“死区”的面积相对地减少，有利于维持管内的涡旋流动，延长整体涡旋流动的作用区域，尽可能地提高了换热管结构内部的流道的有效利用率，解决了现有技术中的具有旋流器的换热管结构内部的流体的流动压降过大的问题，降低了流体流动时的压降。

[0084] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。