一種脈動(dòng)流管殼式換熱器及其換熱方法
【專利說(shuō)明】_種脈動(dòng)流管殼式換熱器及其換熱方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈動(dòng)流管殼式脈動(dòng)流換熱器及其換熱方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著全球能源形勢(shì)的日趨緊張，常規(guī)能源的日益減少，節(jié)能降耗越來(lái)越受到人們的重視。殼式換熱器廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、環(huán)保、能源等各種工業(yè)領(lǐng)域，主要作用是在工業(yè)生產(chǎn)中調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)溫度以滿足工藝需求以及回收余熱以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。因此，對(duì)殼式換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高其換熱性能降低其動(dòng)力消耗關(guān)系到生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗水平。
[0005]此外，在能源化工工業(yè)領(lǐng)域，管殼式換熱器內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)往往具有較高的粘度，液態(tài)工質(zhì)的流動(dòng)性差，管程流動(dòng)過程中需要消耗大量的泵功以強(qiáng)化其管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)從而使得熱交換量達(dá)到預(yù)期要求?，F(xiàn)有的管殼式換熱器泵功消耗過大、管程側(cè)傳熱效果不佳，無(wú)法滿足換熱需求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種脈動(dòng)流管殼式換熱器及其換熱方法，使換熱器管程側(cè)流體按照更加合理的形式流動(dòng)，提高管程側(cè)流體換熱效率。
[0009]本發(fā)明提供了一種脈動(dòng)流管殼式換熱器，包括若干換熱管、脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)、殼體、殼體兩端的左右管板、分別與左右管板連接的左右端蓋以及殼體內(nèi)的多塊折流板，管程液態(tài)換熱工質(zhì)流動(dòng)處于低平均雷諾數(shù)狀態(tài)(AK1500);換熱管具有周期性內(nèi)肋結(jié)構(gòu)；換熱管的入口端接入脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)，脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)在換熱管內(nèi)產(chǎn)生的脈動(dòng)流為有平均流速的縱向波形態(tài)。
[0010]在上述脈動(dòng)流管殼式換熱器中，進(jìn)一步地，換熱管為圓管，在換熱管的內(nèi)壁設(shè)有多個(gè)圓環(huán)形內(nèi)肋，每個(gè)內(nèi)肋相互平行排布并與換熱管的軸線垂直。
[0011]在上述脈動(dòng)流管殼式換熱器中，進(jìn)一步地，脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)由混合室、隔膜泵、脈動(dòng)流回路管道組成，隔膜泵通過脈動(dòng)流回路管道與混合室相連接，混合室與換熱管相連接，通過調(diào)節(jié)隔膜泵，在混合室中，將液態(tài)換熱工質(zhì)由恒流形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛衅骄魉俚拿}動(dòng)流形態(tài)，并產(chǎn)生可控的脈動(dòng)頻率和振幅，以縱向波形態(tài)在換熱管中脈動(dòng)。
[0012]本發(fā)明還在于提供一種利用了如上述的任意一項(xiàng)所述的脈動(dòng)流管殼式換熱器的換熱方法，當(dāng)液態(tài)換熱工質(zhì)流態(tài)處于低平均雷諾數(shù)時(shí)，將該換熱工質(zhì)由恒流轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢l率和振幅的有平均流速的縱向波形脈動(dòng)流，可以在內(nèi)壁具有周期性內(nèi)環(huán)肋結(jié)構(gòu)的換熱管中形成周期性的渦旋，渦旋不但可以有效破壞流體邊界層，而且加劇了流體之間的摻混，強(qiáng)化了邊界與主流之間的熱量輸運(yùn)，從而有效提高低流速管程流體的傳熱能力和防結(jié)垢能力。
[0013]在上述的換熱方法中，進(jìn)一步地，縱向波形脈動(dòng)流的脈動(dòng)頻率/?制在0.3Hz至1.5Hz，所述脈動(dòng)振幅4控制在平均流速的20%至100%。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的脈動(dòng)流管殼式換熱器及其換熱方法具有以下特點(diǎn):1、換熱管道具有周期性內(nèi)肋結(jié)構(gòu)，增加了液態(tài)工質(zhì)換熱面積，熱交換效率進(jìn)一步提高；2、采用具有周期性內(nèi)肋結(jié)構(gòu)的管道與脈動(dòng)流相結(jié)合的技術(shù)，使流體在管道中不斷改變流向，能在較低的流速下形成旋渦，破壞換熱管通道中流體的流動(dòng)邊界層，大大增加了流體的相互摻混與擾動(dòng)，從而使得傳熱效率提升；3、該換熱技術(shù)可以有效減少泵功消耗，節(jié)能效果明顯；4、換熱管管壁內(nèi)具有圓環(huán)形內(nèi)肋結(jié)構(gòu)，壁厚不減薄，換熱管的剛性加強(qiáng)，換熱管受力狀況更好，有效提高了設(shè)備工作的可靠性；5、設(shè)置混合室，可以有效防止液體工質(zhì)倒流，增加了設(shè)備運(yùn)行的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中換熱管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明脈動(dòng)流管殼式換熱器的較佳實(shí)施例，包括若干換熱管1、脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)、殼體5、殼體5兩端的左右管板20和21、分別與左右管板20和21連接的左右端蓋3和4以及殼體5內(nèi)的多塊折流板19。管程液態(tài)換熱工質(zhì)流動(dòng)處于低平均雷諾數(shù)狀態(tài)(/fe<1500)。換熱管I具有周期性內(nèi)肋結(jié)構(gòu)。換熱管I的入口端接入脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)。脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)在換熱管I內(nèi)產(chǎn)生的脈動(dòng)流為有平均流速的縱向波形態(tài)。
[0019]換熱管I為圓管，在換熱管I的內(nèi)壁設(shè)有多個(gè)圓環(huán)形內(nèi)肋2，每個(gè)內(nèi)肋2相互平行排布并與換熱管I的軸線垂直。換熱管I的內(nèi)徑a—定的條件，相鄰兩個(gè)內(nèi)環(huán)肋2間距b為0.15d至0.75d，內(nèi)肋2高度c為0.05d至0.15d ;脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的脈動(dòng)流的脈動(dòng)頻率/?制在0.3Hz至1.5Hz、脈動(dòng)振幅4控制在平均流速的20%至100%。
[0020]脈動(dòng)流發(fā)生系統(tǒng)由混合室14、隔膜泵17、脈動(dòng)流回路管道18組成。隔膜泵17通過脈動(dòng)流回路管道18與混合室14相連接，混合室14與換熱管I相連接。恒定流速的主流換熱工質(zhì)進(jìn)入混合室14，與流經(jīng)隔膜泵17的換熱工質(zhì)混合，在混合室14中將換熱工質(zhì)由恒流形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衅骄魉俚目v向波形脈動(dòng)流形態(tài)。通過調(diào)節(jié)隔膜泵17，在混合室14中產(chǎn)生可控的脈動(dòng)頻率和振幅，以縱向波形態(tài)在換熱管I中脈動(dòng)。通過控制變頻器調(diào)節(jié)隔膜泵17，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈動(dòng)頻率和振幅的控制。
[0021]具體地，脈動(dòng)流管殼式換熱器包括沿其軸線排列的左右端蓋3和4以及殼體5。在換熱器內(nèi)使用了若干換熱管1，若干換熱管I穿過管板20和21把左右端蓋3和4連通起來(lái)。
[0022]在左端蓋3上設(shè)置有管程流體出口端7，在右端蓋4上設(shè)置有管程流體入口端8。在殼體5上設(shè)置有殼程流體入口端9和殼程流體出口端10。殼程流體入口端9靠近左端蓋3偵U，殼程流體出口端10靠近右端蓋4側(cè)。
[0023]在右端蓋4與管板21之間設(shè)置有隔板11。在隔板11的軸線處設(shè)置有通孔12。若干換熱管I的過流面積應(yīng)該不小于通孔12的過流面積，通孔12的過流面積也不小于管程流體入口端8的過流面積，否則，從管程流體入口端8進(jìn)入的流體不能夠正常流經(jīng)換熱管I后從管程流體出口端7排出。在隔板11的左側(cè)為換熱管集箱13，在隔板11的右側(cè)為混合室14。
[0024]在右端蓋4上還設(shè)置有脈動(dòng)流入口 15和脈動(dòng)流出口 16。左端蓋3、右端蓋4以及隔板11的軸