CN1237321C - 热/湿交换设备 - Google Patents

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CN1237321C CNB018105483A CN01810548A CN1237321C CN 1237321 C CN1237321 C CN 1237321C CN B018105483 A CNB018105483 A CN B018105483A CN 01810548 A CN01810548 A CN 01810548A CN 1237321 C CN1237321 C CN 1237321C
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Abstract

一种热/湿交换设备具有一个管道(1)，该管道设有垂直于管道延伸并具有后沿侧面(5)、上侧面(6)和前沿侧面(7)的湍流发生装置(3，4)，其中，该管道入口与最近的湍流发生装置(3)的中心之间的间距(A)由间距(A)与湍流直径(Dh)和雷诺数之积的比值所决定并且该比值必须在0.01-0.04范围之间，表明湍流发生装置的后沿侧面相对于通过管道底部(8)的垂直面的倾斜程度的角θ应该在30-60°，湍流发生装置上侧面高于管道底部的高度e与湍流直径(Dh)的比例应在0.3-1.1之内，管道中第一和第二湍流发生装置之间的间距与上述高度e的比例应在8-30之内，每个湍流发生装置上侧面的长度B与其高于管道底部(8)的高度e的比例应在1.0-4.0之内，湍流发生装置边缘半径与湍流直径的比例应在0.01-0.2之内。

Description

热/湿交换设备
发明领域
本发明涉及一种可优化热湿各自的转换率相对于穿过其中的气流压差之比的热/湿交换设备。考虑到这个目的，该交换设备设有一个垂直于管道延伸的湍流发生装置，该湍流发生装置具有一个后沿侧面、一个上侧面和一个前沿侧面。
背景技术
如前所述的空气-空气热/湿交换设备通常由组装到一起形成三角形或梯形管道的平面与波状带构成。在该类型的热/湿交换设备中，管道横截面较小并且空气在设备环境中流速很快，空气沿管道方向相对有序地分层流动。因此，气流实质上是层状的。仅在管道入口的短距离内，有一定的气流垂直于管道壁流动。在本文中范围在100-600之间的所谓雷诺数用作气流特征。一旦雷诺数小于2000左右，气流将保持为层状。
本领域技术人员都知道，在最接近管道壁的层流中，形成为边界层，这里的气流速度实质上为零。这个边界层相当大地降低了热和湿的交换系数，特别是与所谓扩展流相关的热湿交换系数。为了增强热湿交换，必须使空气以如下方式向着管道表面的方向流动，即减小边界层并且增大层与层之间的交换。这可以由所谓的湍流而产生。在平滑均匀的管道中，当雷诺数超过2000时，层流会转变为湍流。如果期望在这里所讨论的热/湿交换设备的管道中得到如此高的雷诺数，则需要实际上比通常更高的空气流速。当上述交换设备中雷诺数较低时，这样就必须例如通过在管道中安装一个特殊的湍流发生装置，来用人工方式产生湍流。
已知的这样一个湍流发生装置有许多形式。在SE-B-444 071中换热滚筒中有一个横向褶皱形状的湍流发生装置。这些褶皱首先用来保持共同绕着中心管的带，使其不被套叠，并且同时具有产生湍流的效应，该湍流效应使具有上述完全平滑管道的交换设备中的热湿交换效率得到一定程度的提高。
因此该类型的湍流发生装置在一定程度上提高了热湿交换。然而也剧烈地增加了压差。压差的增加看来高于热湿交换效率的增加。然而，在空气-空气交换设备中具有一个小压差十分重要。因为压差决定了驱动气流通过交换设备的风扇的尺寸和电源需求。进一步而言，这个压差依赖于湍流发生装置的设计、尺寸和几何形状。
发明目的
因此本发明的目的是提供一个热湿交换设备，其湍流发生装置在该交换设备管道中的位置和设计使其能获得气流压差相对于热湿转换率的最佳比例。
发明内容
根据本发明，上述目的可以通过一个热/湿交换设备而实现，其管道组成必须按以下规定的条件完成：
管道入口与最近的湍流发生装置的中心之间的间距由间距与湍流直径和雷诺数之积的比值所决定并且所述比值必须在0.01-0.04范围之间，表明湍流发生装置的后沿侧面相对于通过管道底部的垂直面的倾斜程度的角θ应该在30-60°，湍流发生装置上侧面高于管道底部的高度e与管道湍流直径的比例应在0.30-1.1的范围内，管道中湍流发生装置之间的间距与上述高度e的比例应在8-30的范围内，每个湍流发生装置上侧面的长度与其高于管道底部的高度e的比例应在1.0-4.0的范围内，并且湍流发生装置边缘半径与湍流直径的比例应在0.01-0.2的范围内。
为了优化压差与热/湿交换率的比例，产生湍流的横向波纹，所谓的湍流发生装置，不但需要放置在距管道开口合适的距离处，而且要放置在彼此相距的正确距离处。进一步而言，它们应该被正确的设计，并且在管道中垂直和水平方向上具有一定的延伸。
在热/湿交换设备的管道入口处，由于边界层很薄因此热湿转换系数高。然后边界层沿气流的主方向变厚而热湿传送系数降低。为了提高热湿转换效率，管道壁中的湍流发生装置不应太接近进口，这是因为在此区域内的热湿转换效率已经很高。这样湍流发生装置实际上会造成并不希望的压差增加。因此优选是将第一个湍流发生装置放置在管道内自然进口湍流消失的距离处。
当空气到达第一个湍流发生装置时，产生了有序的湍动气流并且空气将向着管道壁流动。因此，热/湿转换率得到了明显的提高。当产生的湍动气流远离湍流发生装置时，湍流将逐渐减小。在湍流消失时即为安放第二个湍流发生装置的最佳位置。
通过大量的实验与研究，找到了使热/湿转换效率与压差最佳比例的湍流发生装置的几何轮廓及其在管道中的安放位置。
在本文中使用了湍流直径的表述，它表示流体管道横截面面积与管道横截面周长的比值。气流的特性由所谓的雷诺数(Reynolds number)和施密特数(Schmidt’s number)表达。
附图描述
下面将对照图对本发明进行更详尽的描述，其中
图1是具有湍流发生装置的本发明热/湿交换装置的管道的透视图，
图2是图1中管道的侧面示意图，
图3是图1和图2中管道沿I-I线的截面图。
具体实施方式
图1和图2示出本发明的热/湿交换设备的进口1和一部分管道2。在图中，只示出安置在进口1最近处的第一个湍流发生装置3和第二个湍流发生装置4。管道2的高度为h。开放的进口与第一个湍流发生装置3中心之间的间距A由间距A与湍流直径和雷诺数之积的比值所决定，所述比值须在0.01-0.04之间。这里湍流直径表示流体管道横截面面积相对管道横截面周长的比值，并且雷诺数由气流所决定。
由上文所述同样可知，A依赖于雷诺数，并由此依赖于气流速度。因此第一个湍流发生装置的最佳安放位置依赖于当时的操作环境。
由图2可以十分明显地发现，湍流发生装置3，4具有特殊的几何形状。它们形成有倾斜的后沿侧5、平坦的上侧面6和倾斜的前沿侧7。
根据本发明，还可应用下列条件：表明湍流发生装置3、4的后沿侧5相对于管道2底部8的倾斜程度的角θ为30-60°的范围内，上侧面6相对管道底部8的高度e与管道2湍流直径Dh的比值应在0.30-1.1的范围内。进一步而言，第一个湍流发生装置3与第二个湍流发生装置4间中心距P与高度e的比值范围应为8-30且每个湍流发生装置3，4上侧面6的长度B与上侧面相对管道底部8的高度e的比值范围应为1.0-4.0。
这样，本发明的湍流发生装置3、4具有特殊的几何外形并且位于彼此相距以及距离(适宜具有三角形或/和梯形横截面的)管道2的进口1一定经过计算的距离处，从而相当大地增加了热湿交换效率，但却只是不过分地提高了压差。当气流接近湍流发生装置3时，流速依赖于减小的横截面而局部地增加，如图3所示。随后，当空气通过湍流发生装置3并离开从上侧面6到前沿侧面7的过渡部分内的尖锐边缘时，由于明显分开的横截面，而产生了剧烈的湍流行为。这种方法十分有效地提高了热湿交换效率。
湍流发生装置4以如下方式放置在距第一个湍流发生装置3经过计算的距离P的位置处，从而使所产生的湍流尽可能地被完全利用，此后，在空气到达第二个湍流发生装置4之前，形成一个在图1中用O表示的所谓再接触区。这就避免了在已有的湍流下在不能显著增加热湿交换效率的情况下不必要的压差增加。在再接触区O，气流会在到达下一个湍流发生装置之前在一定程度上再接触到平坦表面。
重要的是，使湍流发生装置3、4的边缘部足够锐利以便产生分割处(减压处)。边缘半径r如图2所示应满足r/Dh的比值在0.01-0.2范围之内。
为了在保持换热率的同时进一步降低压差，如图2所示，从湍流发生装置的底部8起算的高度e应大于从管道上侧面起算的高度f。这个设计避免了在此突出区域处产生不必要的湍流。方便地，突出部分的这个合适设计使其恰好与管道底侧壁部分5，6和7所限定的相应凹槽而配合，从而用于在设置管道层时获得稳定的接合，例如可以避免交叠。
本发明所设计的湍流发生装置对高流速气流同样有效，此时湍流也在平滑管道中产生。自然形成的湍流通过用于分离和再接触空气的汇聚/分离效果和机构得以改善。

Claims (1)

1.一种可使热湿各自的转换率相对于穿过其中的气流压差之比得到优化的热/湿交换设备，该交换设备具有一个管道(1)，该管道设有垂直于管道延伸并具有一个后沿侧面(5)、一个上侧面(6)和一个前沿侧面(7)的湍流发生装置(3，4)，其特征在于，
其管道组成必须满足以下条件：
管道(1)入口与最近的湍流发生装置(3)的中心之间的间距(A)由间距(A)与湍流直径(Dh)和雷诺数之积的比值所决定并且该比值必须在0.01-0.04范围之间，
表明湍流发生装置(3，4)的后沿侧面(5)相对于通过管道(1)底部(8)的垂直面的倾斜程度的角θ应该在30-60°，
湍流发生装置(3，4)上侧面(6)高于管道底部(8)的高度e与湍流直径(Dh)的比例应在0.3-1.1的范围内，
管道中第一和第二湍流发生装置(3，4)之间的间距与上述高度e的比例应在8-30的范围内，
每个湍流发生装置(3，4)上侧面(6)的长度B与其高于管道底部(8)的高度e的比例应在1.0-4.0的范围内，
湍流发生装置边缘半径与湍流直径的比例应在0.01-0.2的范围内。
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