CN103245251A - 内插丝网周期性强化换热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种应用于能源动力、石油化工领域的内插丝网周期性强化换热管。该换热管由若干个内插网管和外部的基管组成；基管内，内插网管按纵列间隔排列；内插网管的前端设置丝网封头，后端开口，其长度为L₁，相邻内插网管之间的光滑段的长度为L₂，内插网管长度L₁取50mm-1000mm，内插网管与光滑段长度之比为L₁/L₂=0.5-10。在换热设备中使用此强化换热管，可有效增强流体与管壁的换热性能，降低管壁温度，提高传热能力；同时由于网管与一般内插扭带相比，空隙率更高，所以既能保持强化换热的性能，又尽可能低的流动阻力；此外由于网管对流动的影响，可有效避免污垢的产生和积累，使设备更加安全、高效的运行。

Description

内插丝网周期性强化换热管

技术领域

本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种应用于能源动力、石油化工领域的内插丝网周期性强化换热管。

背景技术

热量传递普遍存在于火电、核电、太阳能、化工、石油、冶金、制冷、电子等行业，为了提高换热设备效率，强化换热技术成为热科学领域重要的研究方向。当前强化换热技术主要是采用强化元件以及改善换热管道结构来提高传热效率，从而以最经济的换热设备来传递规定的热量。常见的改善换热管道表面的换热技术有：螺旋槽管，横纹槽管，缩放管，波纹管，螺旋扁管等，通过对管道表面的处理，诱使流场发生改变，在近壁区速度边界层减薄，减小壁面与流体间的换热热阻，在螺旋槽纹凸起处产生涡流，加强冷热流体的混合，强化换热。

对于通过改善换热管表面的换热管，在工业设备长期运行过程中，由于工质的洁净度不够，极易在换热管表面生成污垢，使设备性能降低，传热恶化，并且此类换热设备较难进行改造，不易拆卸清理。为了克服表面强化换热管这些缺点，管内插入物技术逐渐成为研究的重点。因此寻找结构合适的插入物以及插入物在管内合理的装配方式成为该强化换热技术的核心问题，目前文献中提到的有扭带或螺旋扭片，静态混合器，螺旋弹簧，交叉梯形波带等。内插物具有强化传热和除垢的双重功能这是其他强化传热技术所无法比拟的。

发明内容

本发明提供了一种内插丝网周期性强化换热管，以达到强化换热的目的。

本发明采用的技术方案为：

由若干个内插网管和外部的基管组成；基管内，内插网管按纵列间隔排列；内插网管的前端设置丝网封头，后端开口，其长度为L₁，相邻内插网管之间的光滑段的长度为L₂，内插网管长度L₁取50mm-1000mm，内插网管与光滑段长度之比为L₁/L₂=0.5-10。

所述基管的横截面形状为圆形、方形、三角形、梯形、椭圆形或变截面形。

所述内插网管的网目数为60-200，材质为铁、铜、不锈钢或塑料。

所述内插网管通过支撑构件固定在基管内。支撑构件套嵌在内插网管外壁，并用焊接的方法加以固定，防止内插网管滑动；支撑构件利用焊接方式固定于基管内壁，对内插网管位置加以约束。

所述固定每段内插网管的支撑构件为2-3个。

所述支撑构件设置三个或四个约束点，将内插网管固定在基管的内壁。

所述支撑构件尺寸由内插网管尺寸与基管尺寸共同决定，要保证网管固定的稳定，并尽量减小支撑构件与管壁的接触热阻。

所述基管为圆管时，内插网管与基管同轴。

本发明的有益效果为：

本发明的内插丝网周期性强化换热管，由于网管封头对流体的作用，强迫流体流向基管与网管间的环隙，壁面附近速度梯度变大，破坏管内近壁区的流动与热边界层，使流动边界层减薄，壁面温度降低，传热效率大大提高。光滑段内流动不受任何干扰，流动阻力减少，但无法保持和延续流动工质在网管结构的强迫作用下产生的高换热性能，所以通过控制内插网管与光滑段长度之比，使L2大小合适。经过光滑段后的流体再次进入下游的网管，充分利用网管段的入口效应，有效地增强换热，如此周期地进入网管段和光滑段，使得强化特性具有周期性。与扭带、螺旋扭片等插入物相比，网管结构的空隙率更大，对流体的阻碍相对减缓，因而，该管型既具有一般内插扭带的强化换热作用，又可减少管内流体的摩擦阻力。就整个换热管而言，网管与光滑段交替排列的装配方式使换热性能一直处于较高水准，流动阻力整体下降，减少泵功消耗。同时，由于网管结构的特殊性，网管封头迫使流体流向网管与基管间的环隙，环隙内速度迅速增大，加强了对壁面的冲刷作用，起到防止结垢的作用。

附图说明

图1为本发明内插丝网周期性强化换热管的结构示意图。

图2为本发明内插丝网周期性强化换热管内插网管结构图。

图3（a）和图3（b）分别为三点约束支撑构件和四点约束支撑构件的示意图。

图4为本发明实施例1三维结构图，其基管采用圆管。

图5为Re=1000时，实施例1入口区域的流线图。

图6为本发明实施例1的强化性能图。

图中标号：

1-内插网管，2-基管，3-支撑构件。

具体实施方式

本发明提供了一种内插丝网周期性强化换热管，下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细的阐述。

如图1所示，该换热管由若干个内插网管1和外部的基管2组成；基管2内，内插网管1按纵列间隔排列；内插网管1的长度为L₁，相邻内插网管1之间的光滑段的长度为L₂。

充分利用上游网管段对流体的扰动作用，减薄边界层并提高管内流体的流动速度，促进与管壁间的换热及冷、热流体的交混；下游光管段利用上游网管段对流体流动的作用，同时利用入口效应区内换热系数高的特点，使整个换热管获得持续高的换热系数。考虑到网管段在不同的入口流速下强化换换热的长度不同，为了本发明强化换热管的普适性，内插网管1长度L₁取50mm-1000mm，内插网管1与光滑段长度之比为L₁/L₂=0.5-10

图2为本发明所设计的网管结构。网管前端由丝网封头堵住，可有效的迫使流体进入基管与网管的环形间隙，增大环隙速度及近壁处速度梯度，减薄边界层厚度，强化换热；同时流体在环隙内高速冲刷基管管壁，有效的避免了污垢的产生与积累。

图3为本发明所设计的支撑构件，考虑构件加工工艺问题，不建议采用超过四点的约束结构。

实施例1

本实施例取基管长为2000mm，取内插网管长L₁=200mm，光滑段长度L₂=50mm（L₁/L₂=4.0）；基管内径D=14mm，内插网管内径D₁=10mm。

图4（a）为支撑构件与网管装配示意图，支撑构件3套嵌在内插网管1的外壁，并用焊接的方法加以固定，防止网管滑动。内插网管1通过支撑构件3固定在基管2的内壁，支撑构件3利用点焊的方式固定于基管2内壁，对内插网管位置加以约束。

利用FLUETN软件仿真，在恒热流条件下，获得工况Re=600，Re=1000的换热情况。图5为Re=1000，网管入口段的流线图，由于网管封头对流体的作用，迫使流体流向内插网管1与基管2间的环隙，有效地破坏边界层，促进近壁流体和主流的交换，从而起到强化换热的作用。同时，在环隙内流线非常密集，说明环隙内的速度较大，有力的冲击着基管内壁面，有效的防止由于工质洁净度不高而产生污垢。

图6为该实施例的内插丝网周期性强化换热管的换热性能，从图中可以得出：入口段换热最高强化3.7倍，之后强化系数稳定在1.2-1.8。并可以预测若雷诺数继续增大，强化系数将会更高。

Claims (7)

1.内插丝网周期性强化换热管，其特征在于，由若干个内插网管（1）和外部的基管（2）组成；基管（2）内，内插网管（1）按纵列间隔排列；内插网管（1）的前端设置丝网封头，后端开口，其长度为L₁，相邻内插网管（1）之间的光滑段的长度为L₂，内插网管（1）长度L₁取50mm-1000mm，内插网管（1）与光滑段长度之比为L₁/L₂=0.5-10。

2.根据权利要求1所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于，所述基管（2）的横截面形状为圆形、方形、三角形、梯形、椭圆形或变截面形。

3.根据权利要求1所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于，所述内插网管（1）的网目数为60-200，材质为铁、铜、不锈钢或塑料。

4.根据权利要求1所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于，所述内插网管（1）通过支撑构件（3）固定在基管（2）内。

5.根据权利要求4所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于：所述固定每段内插网管（1）的支撑构件（3）为2-3个。

6.根据权利要求4所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于：所述支撑构件（3）设置三个或四个约束点，将内插网管（1）固定在基管（2）的内壁。

7.根据权利要求2所述的内插丝网周期性强化换热管，其特征在于，所述基管（2）为圆管时，内插网管（1）与基管（2）同轴。

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