CN112964116A - 莫比乌斯型的换热器槽道 - Google Patents

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heat
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李成君
景宝金
乔国瑞
刘昆
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708th Research Institute of CSIC
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708th Research Institute of CSIC
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
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Abstract

本发明涉及一种莫比乌斯型换热器槽道，为多边形槽道构型，所述多边形槽道构型中具有被换热槽道和换热槽道；所述多边形槽道构型采用五边形作为被换热槽道；所述五边形的被换热槽道具有小角度的槽道壁面，适合二级换热；所述多边形槽道构型采用六边形作为被换热槽道；所述六边形的被换热槽道为模块化结构，适合一级换热；所述多边形槽道构型采用五边形和六边形组合作为被换热槽道，从而实现在最小化换热器体积和重量的条件下最大化换热效率。该换热器槽道构型适合莫比乌斯型换热器的特点，且与莫比乌斯型换热器配合，能够在最小化体积与重量的条件下最大化换热效率。

Description

莫比乌斯型的换热器槽道
技术领域
本发明涉及一种换热器的槽道构型，尤其涉及一种用于液化天然气(LNG)系统的换热器槽道构型。
背景技术
在换热器摆动过程中，槽道构型对于湍流下换热系数的提高具有决定性作用，一般而言，当槽道内部各壁面之间的夹角越大，也就是越接近圆形，则换热器摆动对槽道产生湍流的效果越好，当湍流强度较小，则该类型的换热器未能充分发挥其换热效率高的优势，当湍流强度过大，则管道两侧介质接触时间较短，也难以发挥较好的换热效率，因此，为了解决这个问题，需要设计一种基于莫比乌斯型换热器的槽道构型，以保证莫比乌斯型换热器的换热效率最大化。
在进行莫比乌斯型换热器的过程中，应当考虑运动惯性力对槽道的影响，由于被换热介质可能是水，而水在换热器摆动过程中会产生较大的惯性循环载荷，长时间换热该惯性力对槽道壁面的影响也不可忽略，因此在设计槽道时，不仅需要考虑槽道的交错排列，一方面应当尽量少的设置被换热介质，防止产生运动的载荷过大，另一方面槽道构型应当避免过多舱壁，否则槽道壁面难以承受过大的被换热介质的惯性力。
综上所述，目前提出的莫比乌斯型换热器存在换热效率无法最大化以及槽道在运动载荷作用下强度难以保证的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种莫比乌斯型的换热器槽道。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种莫比乌斯型换热器槽道，为多边形槽道构型，所述多边形槽道构型中具有被换热槽道和换热槽道。
进一步，所述多边形槽道构型采用五边形作为被换热槽道。
进一步，所述五边形的被换热槽道具有小角度的槽道壁面，适合二级换热。
进一步，所述多边形槽道构型采用六边形作为被换热槽道。
进一步，所述六边形的被换热槽道为模块化结构，适合一级换热。
进一步，所述多边形槽道构型采用五边形和六边形组合作为被换热槽道，从而实现在最小化换热器体积和重量的条件下最大化换热效率。
进一步，每个被换热槽道均有换热槽道与之对应，在形成湍流的过程中能够实现充分换热。
进一步，所述多边形槽道构型中设置有被换热介质和换热介质。
进一步，所述多边形槽道构型中设置加强管道的填充区域。
进一步，所述多边形槽道构型适用于莫比乌斯型换热器，且与莫比乌斯型换热器配合，能够在最小化体积与重量的条件下最大化换热效率。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种莫比乌斯型的换热器槽道，该槽道的构型具有如下特点：
1.槽道构型共2种方案，根据实际需要，可以单独换热，也可以优势互补同时换热；
2.槽道构型兼顾管道运动下的槽道强度以及湍流强度，选择了五边形以及六边形作为被换热槽道；
3.槽道的被换热介质(水)较少，因此换热过程中，换热器的重量较轻，体积较小；
4.每个被换热槽道均有换热槽道与之对应，在形成湍流的过程中能够实现充分换热。
因此，该换热器槽道构型适合莫比乌斯型换热器的特点，且与莫比乌斯型换热器配合，能够在最小化体积与重量的条件下最大化换热效率。
附图说明
图1是本发明的五边形槽道分布示意图；
图2是本发明的六边形槽道分布示意图。
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。
本发明的莫比乌斯型换热器槽道，具有多边形槽道构型，多边形槽道构型中具有被换热槽道和换热槽道。
图1及图2示出了本实施例中的五边形以及六边形的槽道示意图，其中，三边形以及四边形由于槽道角度较小，在换热管道运动的条件下产生湍流强度不明显，因此不选用，而七边形以及以上边形虽然产生湍流强度较大，但是受到的惯性载荷也大，而且为了尽量增加换热介质与被换热介质的接触时间，实际上会对湍流强度进行控制，也就是连接器的旋转角速度进行控制，当湍流强度得到控制之后，由于边长的增加对湍流强度的改善会不明显，因此本发明仅考虑五边形以及六边形的槽道构型。
图1示出了五边形的槽道构型的剖面图，图2示出了六边形的槽道构型的剖面图，图中空白部分为被换热介质1，斜线部分为换热介质2，填充区域3为管道加强。
图1中示出的五边形优点在于槽道壁面的角度较小，更安全，而且管道的加强覆盖较广，对槽道的保护作用更好，同时，换热接触面积较大，换热较快，适合二级换热；
图2示出的六边形优点在于模块化结构较多，生产较简便，同时，换热介质体量大大降低，整个换热器的重量大大降低，换热槽道较多，单次换热的换热介质较多，适合一级换热。
在实际使用该方案换热的过程中，可以采取两种槽道的优势互补，从而实现在最小化换热器体积和重量的条件下最大化换热效率，以更好满足LNG船的要求。
该换热器槽道构型适合莫比乌斯型换热器的特点，且与莫比乌斯型换热器配合，能够在最小化体积与重量的条件下最大化换热效率。莫比乌斯型换热器采用莫比乌斯带原理及几何模型，莫比乌斯带原理及几何模型由德国数学家莫比乌斯(Mobius，1790～1868)和约翰·李斯丁于1858年发现的。

Claims (10)

1.一种莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：为多边形槽道构型，所述多边形槽道构型中具有被换热槽道和换热槽道。
2.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型采用五边形作为被换热槽道。
3.根据权利要求2所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述五边形的被换热槽道具有小角度的槽道壁面，适合二级换热。
4.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型采用六边形作为被换热槽道。
5.根据权利要求4所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述六边形的被换热槽道为模块化结构，适合一级换热。
6.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型采用五边形和六边形组合作为被换热槽道，从而实现在最小化换热器体积和重量的条件下最大化换热效率。
7.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：每个被换热槽道均有换热槽道与之对应，在形成湍流的过程中能够实现充分换热。
8.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型中设置有被换热介质和换热介质。
9.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型中设置加强管道的填充区域。
10.根据权利要求1所述的莫比乌斯型换热器槽道，其特征在于：所述多边形槽道构型适用于莫比乌斯型换热器，且与莫比乌斯型换热器配合，能够在最小化体积与重量的条件下最大化换热效率。
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