CN108131963A - 一种椭圆管型缠绕管式换热器 - Google Patents

一种椭圆管型缠绕管式换热器 Download PDF

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王斯民
简冠平
肖娟
王家瑞
文键
张早校
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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Abstract

一种椭圆管型缠绕管式换热器，包括换热器壳体，换热器壳体的中心设有中心筒，中心筒和换热器壳体之间设有椭圆换热管，第i层椭圆换热管和第i‑1层椭圆换热管之间设有控制不同层换热管之间的层间距及同层管间距的第i层垫条，椭圆换热管的长轴与短轴之比≥1.2；一种椭圆管型缠绕管式换热器的安装方法为：对于第i层，在确定缠绕角度及缠绕方向后，第i层椭圆换热管的缠绕形式排布方式为过换热器轴线截面截椭圆换热管，第i层椭圆换热管在该截面上的长轴与换热器轴线平行；在第i层安装完成后，第i+1层以相同缠绕角反向在按照上述缠绕方式安装，周而复始，直至最外层；本发明能将小温差高效传热的特点充分发挥。

Description

一种椭圆管型缠绕管式换热器
技术领域
本发明涉及缠绕管式换热器技术领域，具体涉及一种椭圆管型缠绕管式换热器。
技术背景
缠绕管式换热器由于其结构紧凑、单位体积换热面积大、耐高压、传热效率高、可以实现多股流换热、具有良好的热补偿能力等优点。缠绕管式换热器是在芯筒与外筒之间的空间内，将换热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状换热管的螺旋方向相反，层间采用一定形状的垫条隔开使之保持一定的间距。由于其传热元件为普通圆管，缠绕管式换热器对不同介质之间的压差和温差限制要求较小，降低了生产装置的操作难度，提高了设备的安全性。且其结构相对紧凑、耐高压且密封可靠、热膨胀可自行补偿。目前国内工业应用的缠绕管换热器的换热管多为光管。
研究发现缠绕管换热器的壳侧流动十分复杂，换热介质在绕管和壳体的间隙中不断地分离会合，使得壳侧流动湍流旺盛。但换热介质在同层绕管轴向相邻的上下管外壁间交错流动时会出现一些流速较低的滞留区域和涡旋，尤其是在同层且相邻换热管之间会存在绕流滞留区，此处的流速比管层与管层之间的主流区流速小很多，造成局部传热系数小，且滞留区处形成的漩涡会大大的增加换热介质流经壳侧时引起的压降，增加该型换热器在正常工况下时的泵工。这些缺点都使得现有结构形式的缠绕管式换热器不能将小温差高效传热的特点充分发挥。
发明内容
为克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种椭圆管型缠绕管式换热器，能将小温差高效传热的特点充分发挥。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种椭圆管型缠绕管式换热器，包括换热器壳体5，换热器壳体 5的中心设有中心筒4，中心筒4和换热器壳体5之间设有椭圆换热管，第i层椭圆换热管1和第i-1层椭圆换热管2之间设有控制不同层换热管之间的层间距及同层管间距的第i层垫条3，椭圆换热管的长轴为l，短轴为s。
所述的椭圆换热管的长轴与短轴之比l/s≥1.2。
所述的一种椭圆管型缠绕管式换热器的安装方法为：对于第i层，在确定缠绕角度及缠绕方向后，第i层椭圆换热管1的缠绕形式排布方式为过换热器轴线截面截椭圆换热管，第i层椭圆换热管1在该截面上的长轴与换热器轴线平行；在第i层安装完成后，第i+1层以相同缠绕角反向在按照上述缠绕方式安装，周而复始，直至最外层。
本发明的有益效果为：
1、流动方面：由于本发明采用椭圆管，使得壳侧换热介质主流方向与椭圆管长轴相同，减小了换热介质流经传统圆管时在管后产生的滞留区；在相同换热管周长下，增大了有效换热流速与换热管的接触面积。
2、综合传热性能方面：由于换热介质绕流换热管时会在管后产生滞留区，滞留区处的换热介质流速相对于主流区小很多，换热效果较差；另外滞留区产生的漩涡也是换热介质流在壳体内动能损失的主要区域。由于本发明减小了换热介质绕流换热管时产生的滞留区，减小了流动时的压降，增大了换热器有效换热面积，有效地减薄了换热管外壁的流动边界层和热边界层，从而提高了缠绕管换热器壳侧的传热性能。本发明能将小温差高效传热的特点充分发挥。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明椭圆换热管横截面示意图。
图3为K/△P随不同椭圆管长短轴比l/s的变化。
图4为本发明相较于传统圆管型缠绕管式换热器在各工况下的 PEC准则数及机械能损耗比减小比例。
具体实施方式
下面结合附图对发明做详细描述。
参照图1和图2，一种椭圆管型缠绕管式换热器，包括换热器壳体5，换热器壳体5的中心设有中心筒4，中心筒4和换热器壳体5 之间设有椭圆换热管，第i层椭圆换热管1和第i-1层椭圆换热管2 之间设有控制不同层换热管之间的层间距及同层管间距的第i层垫条3，椭圆换热管的长轴为l，短轴为s。
参照图3，以数值模拟为手段，对单根椭圆管在不同长短轴下的换热及压降进行了对比，结果表明一种椭圆管型缠绕管式换热器所采用的椭圆管的长短轴之比l/s应大于1.2。当椭圆换热管的长轴与短轴之比l/s≥1.2时，换热器评价指标(K/△P)相较于传统圆管增大17％以上，压力壳侧压降减小明显。
为最大程度减小壳侧压降，增加换热器效率，所述的一种椭圆管型缠绕管式换热器的安装方法为：对于第i层，在确定缠绕角度及缠绕方向后，第i层椭圆换热管1的缠绕形式排布方式为过换热器轴线截面截椭圆换热管，第i层椭圆换热管1在该截面上的长轴与换热器轴线平行；在第i层安装完成后，第i+1层以相同缠绕角反向在按照上述缠绕方式安装，周而复始，直至最外层。
参照图4，以数值模拟为手段，对比本发明椭圆管型缠绕管式换热器与传统缠绕管式换热器的综合传热性能，并以PEC准则数和机械能损耗比相对于传统圆管形缠绕管式换热器减小的比例作为评价指标。从结果可以得出，PEC准则数在计算的各工况下均大于1.2；且在椭圆管型缠绕管式换热器中，换热介质流经壳侧所损耗的机械能占比也比传统的圆管形缠绕管式换热器下降了58％以上。数据表明，椭圆管型缠绕管式换热器的综合传热性能提升显著。

Claims (3)

1.一种椭圆管型缠绕管式换热器，包括换热器壳体(5)，换热器壳体(5)的中心设有中心筒(4)，其特征在于：中心筒(4)和换热器壳体(5)之间设有椭圆换热管，第i层椭圆换热管(1)和第i-1层椭圆换热管(2)之间设有控制不同层换热管之间的层间距及同层管间距的第i层垫条(3)，椭圆换热管的长轴为l，短轴为s。
2.根据权利要求1所述的一种椭圆管型缠绕管式换热器，其特征在于：所述的椭圆换热管的长轴与短轴之比l/s≥1.2。
3.根据权利要求1所述的一种椭圆管型缠绕管式换热器的安装方法为：对于第i层，在确定缠绕角度及缠绕方向后，第i层椭圆换热管(1)的缠绕形式排布方式为过换热器轴线截面截椭圆换热管，第i层椭圆换热管(1)在该截面上的长轴与换热器轴线平行；在第i层安装完成后，第i+1层以相同缠绕角反向在按照上述缠绕方式安装，周而复始，直至最外层。
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