CN209588766U - 一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构 - Google Patents

Abstract

一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，包括壳体，壳体内部设有螺旋扁管换热管束和折流栅，折流栅由折流杆和折流圈组成，折流栅沿螺旋扁管换热管束管间排布，螺旋扁管换热管束使得流体进行旋转和周期性分流以及混合，流体得到强扰动，从而强化换热，本实用新型提高了换热器壳程换热系数和综合性能。

Description

一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构

技术领域

本实用新型涉及折流杆换热器技术领域，具体涉及一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构。

背景技术

折流杆换热器属于一种纵流式管壳式换热器，主要是为了克服折流板换热器中流体横向冲刷管束诱发振动而实用新型出来的。用折流栅代替折流板支撑管束并扰动流体，流体在壳程沿着管束纵向流动，具有防止管束振动、降低壳程压降、减少流动死区和防止污垢沉积和腐蚀等优点。核心部件是折流栅，由折流杆和折流圈组成，折流杆相互平行，焊接在折流圈上，组成一个折流栅。两个相邻折流栅的折流杆相互垂直，实现对管束的支撑和固定。每隔一排换热管布置一根折流杆，称为单排管间布杆，两个折流栅即可实现对换热管四个方向的支撑和固定；每隔两排换热管布置一根折流杆，称为双排管间布杆，需要四个折流栅才能实现对换热管四个方向的支撑和固定。工业应用上，双排管间布杆形式较多，现传统的折流杆换热器使用的换热管形式大多是圆管。

研究发现折流杆换热器壳程流体纵向流动时主要靠折流栅对流体起到扰动作用，流体流经折流栅时，流通截面形状变化，流体分离后会合，流动方向剧烈变化，湍动流动旺盛，增强换热。但是在雷诺数较低时，流体流动速度低，流经折流栅时，流体在折流栅的迎流面进行爬流，背流面流场湍动略有增强，整体来说，导致折流杆换热器在低雷诺数条件下存在扰动不足，换热系数低的缺点。这些缺点缩小了折流杆换热器适用的工况范围，限制了折流杆换热器的推广和应用。

发明内容

为了克服上述技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，提高了换热器壳程换热系数和综合性能。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，包括壳体1，壳体1内部设有螺旋扁管换热管束2和折流栅3，折流栅3由折流杆4和折流圈5组成，折流栅3沿螺旋扁管换热管束2管间排布，螺旋扁管换热管束(2)的螺旋扁管截面长轴为a，截面短轴为b，a>b，螺距为s。

所述的螺旋扁管换热管束2使得流体进行旋转和周期性分流以及混合，流体得到强扰动，从而强化换热。

所述的螺旋扁管换热管束2的螺旋扁管截面长轴a和截面短轴b，之比a/b≥1.2，螺距s为150～2850mm。

本实用新型的有益效果为：

1、流动和传热方面：传统的圆管折流杆换热器中，除去折流栅对流体的扰动，流体纵向流动，换热管对流体的扰动作用几乎为零，因此在低雷诺数下，折流栅对流体的扰动作用低时，流体的换热效果差。而本实用新型的螺旋扁管折流杆换热器，在无折流栅区，螺旋扁管管束的弯曲扭转表面能够使得流体进行旋转和周期性分流、混合，流体得到强扰动，从而强化换热。而且螺旋扁管还是属于光滑表面，与低翅片管相比，增强相同的换热效果所引起的压降损失较低。也就是螺旋扁管的表面结构能够在压降损失的代价合理的情况下，增强换热。

2、工业上来说，螺旋扁管的刚度和硬度等条件满足广泛的工况条件，可应用于几乎所有管壳式换热器中。螺旋扁管的加工和制造技术已经成熟，价格适中。因此，螺旋扁管可代替传统圆管直接替换到折流杆换热器中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型螺旋扁管换热管的结构示意图。

图3为本实用新型单根螺旋扁管换热管的结构参数对单位压降下的换热系数h/ΔP的影响。

图4为本实用新型实施例相较于传统的圆管折流杆换热器在各工况下的PEC准则数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型做详细描述。

参照图1和图2，一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，包括壳体1，壳体1内部设有螺旋扁管换热管束2和折流栅3，折流栅3由折流杆4和折流圈5组成，折流栅3沿螺旋扁管换热管束2管间排布，起到支撑固定螺旋扁管换热管束2和扰动流体的作用，螺旋扁管换热管束2的螺旋扁管截面长轴为a，截面短轴为b(a>b)，螺距为s。

所述的螺旋扁管换热管束2的螺旋扁管截面长轴a和截面短轴b，之比a/b≥1.2，螺距s为150～2850mm。参照图3，通过对比单根螺旋扁管管外流动在不同螺距s下，单位压降下的换热系数h/ΔP随长短轴之比a/b的变化规律，结果表明，h/ΔP随长短轴之比a/b的增大先增大后减小，当a/b等于1.2时，不同螺距s下的h/ΔP比圆直管(相当于a/b＝1)增大了约6.88％，因此取a/b≥1.2即可满足增强换热的要求。h/ΔP对于螺距s的变化并不敏感，也就是当长短轴之比一定时，不同螺距s下的h/ΔP几乎相同，因此，螺距s可取150～2850mm范围内的任意值。

参照图4，用数值模拟的手段，对比分析了传统圆管折流杆换热器和螺旋扁管管型折流杆换热器(a/b＝2，s＝266.7mm)壳程的综合传热性能，并以PEC准则数作为评价指标，式中，努塞尔数Nu和摩擦系数f为螺旋扁管折流杆换热器中的参数，Nu₀和f₀为传统圆直管折流杆换热器的参数，该准则数大于1说明螺旋扁管折流杆换热器的综合性能更优。从图4中可以看出，PEC准则数在雷诺数Re4000～14000的范围内均大于1，说明螺旋扁管管型折流杆换热器的综合性能更优；在较低雷诺数Re下，PEC的值更高，说明螺旋扁管管型折流杆换热器的优势在低雷诺数下更明显，螺旋扁管管型折流杆换热器能够克服传统圆管折流杆换热器在低雷诺数下扰动不足，换热系数低的缺点；在雷诺数Re等于4000时，PEC的值高达1.99，也就是说螺旋扁管管型折流杆换热器的综合性能Nu/f^1/3比圆管折流杆换热器提升了约99％；在雷诺数等于14000时，螺旋扁管折流杆换热器的综合性能仍能提高约19％。

Claims (3)

1.一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，包括壳体(1)，其特征在于：壳体(1)内部设有螺旋扁管换热管束(2)和折流栅(3)，折流栅(3)由折流杆(4)和折流圈(5)组成，折流栅(3)沿螺旋扁管换热管束(2)管间排布，螺旋扁管换热管束(2)的螺旋扁管截面长轴为a，截面短轴为b，a>b，螺距为s。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，其特征在于：所述的螺旋扁管换热管束(2)使得流体进行旋转和周期性分流以及混合，流体得到强扰动，从而强化换热。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋扁管管型折流杆换热器结构，其特征在于：所述的螺旋扁管换热管束(2)的螺旋扁管截面长轴a和截面短轴b之比a/b≥1.2，螺距s为150～2850mm。