CN108507368A - 利用仿生原理强化凝结换热的装置 - Google Patents

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CN108507368A
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陈孝青
姜未汀
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Shanghai University of Electric Power
University of Shanghai for Science and Technology
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B3/00—Condensers in which the steam or vapour comes into direct contact with the cooling medium
    • F28B3/02—Condensers in which the steam or vapour comes into direct contact with the cooling medium by providing a flowing coating of cooling liquid on the condensing surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种利用仿生原理强化凝结换热的装置，包括表面式凝汽器，表面式凝汽器的凝结换热面上设置多个安装槽，安装槽中加装扰流基座，扰流基座上设有呈阵列分布的短刺。所述短刺为仿生仙人掌茎上的刺状结构。当高温气态流体外掠过凝结换热面的板面发生换热时，高温流体释放的相变潜热传递给受热面，与水汽与密集分布的短刺接触，水汽在顶端快速凝结成液滴；随着换热过程的继续，液滴累积更多的水分，因重力滑落到短刺底端的扰流基座上，汇聚成水流；扰流基座上短刺根部阻挡和扰动流动的液态，使液态难以形成大范围的液膜，可以显著提高凝结换热面的凝结效率。

Description

利用仿生原理强化凝结换热的装置
技术领域
本发明涉及一种表面式凝汽器，尤其是一种用于表面式凝汽器的凝结换热装置。
背景技术
凝汽器是火电等行业在生产过程中不可或缺的一种装置，具体作用是将汽轮机排汽冷凝成水和在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。在整个工作循环中，任何一个环节的效能都对循环整体有直接影响，所以凝汽器的工作效率影响着整个工厂的生产效率。而衡量凝汽器水平的一个重要指标是凝结效率（单位时间内凝结换热面上单位质量空气中水汽的凝结量），凝结效率在一定程度上代表了凝汽器的工作效率。因此，提高凝结效率即强化凝结换热对于生产力的提高十分重要。
在表面式凝汽器中：冷热两种流体由不同管道进入凝汽器中，并流经凝结换热面的两侧，热量通过换热面由高温流体传递给低温流体，高温气态工质在换热面的一侧释放相变潜热并且凝结成液态。
1、在沙漠及其他干旱地带，空气中水汽含量很少，而像仙人掌之类的植物可以正常地生存。不同于大多数其他植物，仙人掌表面分布着许多刺，这些刺的顶端可以充当水汽凝结的凝结核（凝结核是指凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态和气态的质粒），在有凝结核存在的情况下，空气中游离的水分更容易凝结在核上，被仙人掌吸收。这个特点是仙人掌在干燥的空气中仍然可以收集到可观的水分的原因之一。
2、在水汽凝结的过程中，珠状凝结的效率远高于同类型下的膜状凝结，因为膜状凝结时壁面总是被一薄层凝结液膜覆盖，这层液膜把蒸汽和冷却表面隔开，一旦这层液膜形成后，蒸汽凝结只能在液膜表面上发生，凝结时蒸汽放出的汽化潜热必须通过这层液膜才能传给冷却表面，这层液膜就成为凝结的主要热阻。所以若是能够在凝结过程中打破膜状液面阻碍其形成就可以显著得提高凝结换热的效率。
发明内容
本发明是要解决表面式凝汽器在凝结过程中膜状液面阻碍的技术问题，而提供一种利用仿生原理强化凝结换热的装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用仿生原理强化凝结换热的装置，包括表面式凝汽器，表面式凝汽器的凝结换热面上设置多个安装槽，安装槽中加装扰流基座，扰流基座上设有呈阵列分布的短刺。
所述短刺为仿生仙人掌茎上的刺状结构。
当高温气态流体外掠过凝结换热面的板面发生换热时，高温流体释放的相变潜热传递给受热面，与水汽与密集分布的短刺接触，水汽在顶端快速凝结成液滴；随着换热过程的继续，液滴累积更多的水分，因重力滑落到短刺底端的扰流基座上，汇聚成水流；扰流基座上短刺根部阻挡和扰动流动的液态，使液态难以形成大范围的液膜，可以显著提高凝结换热面的凝结效率。
本发明的有益效果是：
本发明通过仿生仙人掌茎上的刺状结构，改进凝结换热面的表面结构，提高其凝结效率，其优点主要包括：
1.结构简单，无需复杂的制造工艺。
2.节约成本，使用的材料低廉。
3.实用性较广泛，可加装在大多数类型的凝结换热面上。
4.可对已投入使用的凝汽器进行改造，无需重新购买。
5.模块化安装，方便维护、更换。
附图说明
图1为加装短刺的凝结换热面结构主视图；
图2为加装短刺的凝结换热面结构左视图；
图3为加装短刺的凝结换热面结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种利用仿生原理强化凝结换热的装置，包括表面式凝汽器，表面式凝汽器的凝结换热面1上设置多个安装槽，安装槽中加装扰流基座2，扰流基座2上设有呈阵列分布的短刺3。短刺3为仿生仙人掌茎上的刺状结构。
本发明根据仙人掌的上述特征和特性，利用仿生的原理，对凝结换热面1进行改造，选取表面式凝汽器，凝结换热面1上已经预留了大量安装槽，在安装槽中加装扰流基座2，扰流基座2上带有呈阵列分布的短刺3，一个扰流基座2上可以安装数个短刺3。改进后的凝结换热面1在高温体态流体接触的一面布满短刺，形如一块针板。
在工作时，高温气态流体外掠过换热面的板面时发生换热。首先高温流体释放的相变潜热传递给受热面，在水汽与密集分布的短刺接触时，短刺顶端提供了大量凝结核，促进水汽在顶端快速凝结成液滴；随着换热过程的继续，液滴累积更多的水分，因重力滑落到短刺底端的扰流基座上，汇聚成水流；扰流基座上短刺根部的存在又使得流动的液态水被阻挡和扰动，难以形成大范围的液膜，因此换热面上的热阻始终保持在较高的水平。由此可以显著提高凝结换热面的凝结效率。

Claims (3)

1.一种利用仿生原理强化凝结换热的装置，包括表面式凝汽器，其特征在于：所述表面式凝汽器的凝结换热面上设置多个安装槽，安装槽中加装扰流基座，扰流基座上设有呈阵列分布的短刺。
2.根据权利要求1所述的利用仿生原理强化凝结换热的装置，其特征在于：所述短刺为仿生仙人掌茎上的刺状结构。
3.根据权利要求2所述的利用仿生原理强化凝结换热的装置，其特征在于：当高温气态流体外掠过凝结换热面的板面发生换热时，高温流体释放的相变潜热传递给受热面，与水汽与密集分布的短刺接触，水汽在顶端快速凝结成液滴；随着换热过程的继续，液滴累积更多的水分，因重力滑落到短刺底端的扰流基座上，汇聚成水流；扰流基座上短刺根部阻挡和扰动流动的液态，使液态难以形成大范围的液膜，可以显著提高凝结换热面的凝结效率。
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