CN102052875B - 一种加强管尾流体混合的新型传热管 - Google Patents
一种加强管尾流体混合的新型传热管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种加强管尾流体混合的新型传热管,其截面与圆光管不同,见图1,在圆光管截面的边界层脱体上下起点处的右侧取两点,过这两点的圆弧为新型光管的背风区,迎风区保持圆光管截面圆弧不变。该传热管主要解决了管尾尾流恶化换热的问题:烟气冲刷光管发生绕流脱体,在管尾形成相对负压较高的回流,造成流体流动阻力增大,换热效率降低,本发明可降低背风区压降,减少阻力损失;提高回流区的温度,改善换热效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种加强管尾流体混合的新型传热管,属于低温余热回收利用强化换热技术领域。
背景技术
光管表面换热面积小,管尾尾流相对负压较大、流体绕流脱体后混合较差,形成回流,造成阻力损失大;管背面及后排管受尾流影响较大,导致换热效果差。如何降低管尾尾流的影响,已成研究人员不断探讨的课题。
发明内容
本发明目的在于解决管尾尾流恶化换热效果的问题:发明一种加强管尾尾流混合的传热管,其让流体冲刷光管发生绕流脱体,在管尾形成相对负压较高的回流区,造成流动阻力增大,换热效率降低。一方面进行改善提高换热效率另一方面降低背风区负压,减少流体阻力损失。
本发明加强管尾流体混合的新型传热管,其特征在于:流体横向冲刷光管,发生绕流脱体,光管横截面以边界层脱体起点处为分界线,将截面分为迎风区和背风区,传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧,后半部圆弧所在圆的半径小于前半部的;在圆光管的边界层脱体上下起点处(r,α)和(r,-α)往后取两点(r,β)和(r,-β),保证α-β≤2°;过这两点的圆弧为光管的背风区,迎风区保持圆光管不变。
该传热管背风区离迎风区中心的距离长,流体流过时坡度降低,使流体脱体点后移,促进管尾流体的混合。
管尾流体混合加强,减少了回流量,降低阻力损失。
流体微团冲刷传热管发生脱体到形成回流的距离将缩短。
因此,本发明专利的有益效果是:
1、改善管尾尾流影响,提高换热效率。
2、降低背风区相对负压,减少流体流动阻力损失。
附图说明
图1是本发明新型传热管的截面示意图。
图2采用本发明新型传热管进行压力梯度模拟实验时的实际状态图之一。
图3采用本发明新型传热管进行压力梯度模拟实验时的实际状态图之二。
图4采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之一。
图5采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之二。
图6采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之一。
图7采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之二。
下面结合附图以数值模拟实验结果进一步说明本发明的实质内容,但本发明的内容并不限于此。
具体实施方式
本发明烟气横向冲刷光管,发生绕流脱体,光管横截面以边界层脱体起点处为分界线,将截面分为迎风区和背风区,新型传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧,后半部圆弧所在圆的半径小于前半部的;在圆光管的边界层脱体上下起点处(r,α)和(r,-α)往后取两点(r,β)和(r,-β),控制α-β≤2°;过这两点的圆弧为新型光管的背风区,迎风区保持圆光管不变。其二本发明该传热管背风区离迎风区中心的距离长,流体流过时坡度降低,使流体绕流脱体点后移,促进管尾流体的混合。其三本发明管尾流体混合加强,减少了回流量,降低流体流动阻力损失,提高管尾尾流温度,改善换热效果。
考虑到实际烟气流速在6-20m/s,在余热锅炉内处于过度区和湍流区,模拟计算采用标准K-ε模型,其中C1,C1ε=1.44,C2=1.92,Cμ=0.09,C3=1,C4=0,σk=1.0,σe=1.3,σt=1。流体介质为稳态不可压缩的烟气,模拟实验设计了5种工况:
工况设计表
分别对圆光管和新型传热管做模拟实验。光管采用铝合金管,壁温恒定为323.16K。烟气入口条件为速度入口条件,入口温度为623.16K。采用无滑移速度边界条件。湍流度为0.2。计算过程选用稳定性好的二阶迎风格式进行插值,保证计算结果收敛,压力和速度的耦合采用SIMPLE算法。
模拟结果图如图2所示,新型传热管的管尾压力梯度小,比圆光管低4.94%左右;管尾平均温度高4K左右;圆管管尾回流较新型传热管明显。新型传热管的平均表面换热系数、平均阻力系数与圆光管比较如下:
平均表面换热系数对比(w/m2·k)
8m/s | 10m/s | 12m/s | 14m/s | 16m/s | |
圆光管 | 38.33 | 43.48 | 49.08 | 53.82 | 60.19 |
新传热管 | 38.98 | 44.22 | 49.95 | 54.77 | 61.28 |
平均阻力系数对比
8m/s | 10m/s | 12m/s | 14m/s | 16m/s | |
圆光管 | 0.216 | 0.196 | 0.189 | 0.182 | 0.172 |
新传热管 | 0.2002 | 0.193 | 0.183 | 0.174 | 0.164 |
可见,新型传热管管尾流体混合度比圆形光管高,回流明显降低,平均阻力系数降低4.94%,流体混合促进管尾背风区温度升高,平均表面换热系数比圆光管的高17.4‰。
本发明新型传热管可以用在各种需要回收气体余热的场合,尤其适用于低温烟气余热的回收。
Claims (4)
1.一种加强管尾流体混合的传热管,其特征在于:流体横向冲刷圆光管,发生绕流脱体,圆光管横截面以边界层脱体起点处为分界线,将横截面分为迎风区和背风区;在圆光管的边界层脱体上下起点处(r,α)和(r,-α)往后取两点(r,β)和(r,-β),保证α-β≤2°;过这两点的圆弧为传热管的背风区,迎风区保持圆光管不变,传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧,在背风区的后半部圆弧所在圆的半径大于在迎风区的前半部的圆弧所在圆的半径。
2.根据权利要求1所述的加强管尾流体混合的传热管,其特征在于:该传热管背风区离迎风区中心的距离长,流体流过时坡度降低,使流体脱体点后移,促进管尾流体的混合。
3.根据权利要求1所述的加强管尾流体混合的传热管,其特征在于:管尾流体混合加强,减少了回流量,降低阻力损失。
4.根据权利要求1所述的加强管尾流体混合的传热管,其特征在于:流体微团冲刷传热管发生脱体到形成回流的距离将缩短。
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