CN110567310A - 一种管壳式换热器强化传热方法 - Google Patents

一种管壳式换热器强化传热方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，所述双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，所述液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，所述气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，所述出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。本发明的管壳式换热器强化传热方法具有传热效果好和清洁度高的特点。

Description

一种管壳式换热器强化传热方法
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体是指一种管壳式换热器强化传热方法。
背景技术
换换热器作为工业生产中进行热交换操作的通用设备，广泛应用于化工、电力、冶金、航空、动力、食品等工业部门中，特别在石油炼制及化学加工装置中占有重要地位。
管壳式换热器是应用最广泛的换热设备，由于制造工艺成熟，安全性高在换热设备占有的比例最大，尤其在高温、高压、有毒等苛刻的场合，管壳式换热器具有较大的优势，但目前使用的管壳式换热器还存在传热效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种管壳式换热器强化传热方法，对定妆粉进行组合使用，具有传热效果好和清洁度高的特点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。
在本发明中，通过在强化传热管中插入双螺旋式波纹管，流体在强化传热管中流动时，由于波纹管表面的不断变化，对流体造成扰动，层流边界层遭到破坏，从而强化传热；双螺旋式波纹管划分为液体湍流管和气体湍流管，高压液体从液体湍流管喷射而出，形成旋流和二次流，增强湍流强度，破坏层流边界层，从而加快流体与传热管的换热，高压气体从气体湍流管喷射而出，形成气相和液相界面，呈倍数加速旋流和二次流的界面流动；同时高压液流和气流的方式加速旋流的形成，使强化传热管内流体与管壁的摩擦由滑动摩擦中向转动摩擦变化，摩擦系数较小，能够有效清除污垢。
进一步地，液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置，使液体层流边界层形成梯度变化，加速流动，提升强化传热效果。
进一步地，液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。
进一步地，气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通，环形空气倍增器的引入，既有利于环流的形成，又可使进入的空气压力呈倍数级增强，提升强化传热效果。
进一步地，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为水和/或乙醇，纳米颗粒，纳米颗粒为TiO2、Al2 O3、CuO、Cu中的一种或两种以上的混合物，纳米颗粒的浓度为0.1～1.5%。纳米流体的引入，流体中分散的纳米颗粒能够提高热导率，同时粒子不规则的运动会增大流体的湍流强度，提升强化传热效果。
进一步地，液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部，提升湍流强度。
进一步地，液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状，具有较强的力学强度，耐腐蚀和磨损，具有较长的使用寿命。
进一步地，液体湍流管和气体湍流管的端部分别与独立的脉动流发生器连接，两脉动流发生器振动的频率和波形一致，通过共振对湍流强度进行扰动，加速流体流动。
本发明一种管壳式换热器强化传热方法，具有如下的有益效果：
第一、传热效果好，通过在强化传热管中插入双螺旋式波纹管，流体在强化传热管中流动时，由于波纹管表面的不断变化，对流体造成扰动，层流边界层遭到破坏，从而强化传热；双螺旋式波纹管划分为液体湍流管和气体湍流管，高压液体从液体湍流管喷射而出，形成旋流和二次流，增强湍流强度，破坏层流边界层，从而加快流体与传热管的换热，高压气体从气体湍流管喷射而出，形成气相和液相界面，呈倍数加速旋流和二次流的界面流动，具有优异的强化传热效果；
第二、清洁度高，高压液流和气流的方式加速旋流的形成，使强化传热管内流体与管壁的摩擦由滑动摩擦中向转动摩擦变化，摩擦系数较小，能够有效清除污垢，提高清洁度。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。
进一步地，液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。
进一步地，液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。
进一步地，气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。
进一步地，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为水和/或乙醇，纳米颗粒，纳米颗粒为TiO2、Al2 O3、CuO、Cu中的一种或两种以上的混合物，纳米颗粒的浓度为0.1～1.5%。
进一步地，液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
进一步地，液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
进一步地，液体湍流管和气体湍流管的端部分别与独立的脉动流发生器连接，两脉动流发生器振动的频率和波形一致。
实施例1
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
作为对比，在本实施例中在液体湍流管没有通入流体形成对比例1，在气体湍流管没有通入高压气体形成对比例2，在液体湍流管和气体湍流管均没有通入流体和高压气体作为对比例3。
在其他参数均相同的情况下，实施例1的导热系数相对于对比例3增加52～61%、相对于对比例2增加18～23%、相对于对比例1增加23～28%；努塞尔数实施例1相对于对比例3、对比例2、对比例1提高了 76%、37%、33%。
实施例2
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
在本实施例中，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为水，纳米颗粒，纳米颗粒为TiO2、Al2 O3，纳米颗粒的浓度为1.5%。液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
在其他参数均与实施例1相同的情况下，实施例2的导热系数相对于实施例1增加23%；努塞尔数实施例2相对于实施例1提高27%。
实施例3
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
在本实施例中，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为乙醇，纳米颗粒，纳米颗粒为Al2 O3、CuO，纳米颗粒的浓度为1%。液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
在其他参数均与实施例1相同的情况下，实施例3的导热系数相对于实施例1增加28%；努塞尔数实施例2相对于实施例1提高32%。
实施例4
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
在本实施例中，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为水和乙醇，纳米颗粒，纳米颗粒为TiO2，纳米颗粒的浓度为0.1%。液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
在其他参数均与实施例1相同的情况下，实施例4的导热系数相对于实施例1增加26%；努塞尔数实施例4相对于实施例1提高34%。
实施例5
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
在本实施例中，液体湍流管和气体湍流管的端部分别与独立的脉动流发生器连接，两脉动流发生器振动的频率和波形一致。
在其他参数均与实施例1相同的情况下，实施例5的导热系数相对于实施例1增加17%；努塞尔数实施例5相对于实施例1提高23%。
实施例6
本发明公开了一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。液体湍流管上划分为若干湍流段，出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
在本实施例中，液体湍流管中的流体还包括纳米流体，纳米流体包括基液和纳米颗粒，基液为水和乙醇，纳米颗粒，纳米颗粒为TiO2，纳米颗粒的浓度为0.1%。液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
在本实施例中，液体湍流管和气体湍流管的端部分别与独立的脉动流发生器连接，两脉动流发生器振动的频率和波形一致。
在其他参数均与实施例1相同的情况下，实施例6的导热系数相对于实施例1增加68%；努塞尔数实施例6相对于实施例1提高71%。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管壳式换热器强化传热方法，在强化传热管中旋转式插入双螺旋式波纹管进行管程强化传热，其特征在于：所述双螺旋式波纹管包括液体湍流管和气体湍流管，所述液体湍流管在波纹管的管壁上设有若干不规则出液孔，所述气体湍流管在波纹管的管壁上设有所感出气孔，所述出气孔沿气体湍流管弧形翼面上方以5°～75°夹角的方向进行有间隔阶梯式重复设置，间隔的角度为10°。
2.根据权利要求1所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：液体湍流管上划分为若干湍流段，所述出液孔的孔径在湍流段上呈现阶梯式递增或递减设置。
3.根据权利要求2所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：所述液体湍流管内的流体与强化传热管的流体一致。
4.根据权利要求3所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：所述气体湍流管的端部与环形空气倍增器气体连通，所述环形空气倍增器的气体输入口与空压器的气体出口连通。
5.根据权利要求4所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：所述液体湍流管中的流体还包括纳米流体，所述纳米流体包括基液和纳米颗粒，所述基液为水和/或乙醇，所述纳米颗粒，所述纳米颗粒为TiO2、Al2 O3、CuO、Cu中的一种或两种以上的混合物，所述纳米颗粒的浓度为0.1～1.5%。
6.根据权利要求5所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：液体湍流管内的流体和纳米流体经过加压泵加压后进入液体湍流管内部。
7.根据权利要求6所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：所述液体湍流管和气体湍流管均采用薄板不锈钢经过模具轧制成波纹状。
8.根据权利要求7所述的管壳式换热器强化传热方法，其特征在于：所述液体湍流管和气体湍流管的端部分别与独立的脉动流发生器连接，两脉动流发生器振动的频率和波形一致。
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