[實用新型]一種換熱管內(nèi)邊界層剪切擾動徑向混流裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820233742.9
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN201335646Y
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設計）人: 楊衛(wèi)民;李鋒祥;閻華;丁玉梅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F28F13/02
• 分類號: F28F13/02;F28G3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種用于管式換熱設備換熱管內(nèi)的內(nèi)插件強化傳熱裝置，特別是利用換熱管內(nèi)流體提供驅(qū)動力的在線清洗和強化傳熱裝置。

背景技術

管式換熱器換熱管結垢導致傳熱效率下降、流體流動阻力增大，從而增加企業(yè)能源費用和生產(chǎn)成本，甚至還會形成垢下腐蝕，造成安全隱患，縮短換熱設備的使用壽命。清洗和檢修都會妨礙生產(chǎn)的低成本運行。

內(nèi)插件強化傳熱技術因具有強化傳熱與在線清洗雙重功效而倍受青睞，在管式換熱設備中廣為應用，關于內(nèi)插件技術的研究也是層出不窮。螺旋扭帶作為內(nèi)插件強化傳熱技術的典型代表，廣大科研工作者和工程技術人員對其在理論、實驗、模擬等方面開展了廣泛而深入的研究，并形成了一些公認的概念和專有的專利技術。“換熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”(ZL?95236063.2)公開了一種裝置，該裝置由換熱管內(nèi)裝設的螺旋扭曲帶構成，扭曲帶的徑向尺寸小于換熱管的內(nèi)徑，在換熱管進液口端裝有軸向掛件，其中部有流孔，軸向掛件的頭部有一個軸孔，軸孔內(nèi)裝銷軸，銷軸的尾部與扭曲帶連接。“雙擾流螺旋式強化換熱及自動除垢裝置”(ZL?03114761.5)公開了一種強化換熱及自動除垢裝置，該裝置除了設有螺旋扭帶、掛件之外，螺旋扭帶設置在螺旋管內(nèi)，靠通過螺旋管內(nèi)的流體流動帶動螺旋扭帶轉(zhuǎn)動。“轉(zhuǎn)子式自清潔強化傳熱裝置”(ZL200520127121.9)由轉(zhuǎn)子、掛件、軸線及限位鉚釘組成，掛件安裝在換熱管兩端，軸線通過掛件軸孔，使轉(zhuǎn)子沿換熱管軸線排列，轉(zhuǎn)子在流體沖擊下做旋轉(zhuǎn)運動，從而達到強化傳熱與在線清洗的目的。“低流速管內(nèi)自動清洗及傳熱強化螺旋齒管”(ZL?02277260.X)利用齒管內(nèi)滾珠的離心力產(chǎn)生齒管的徑向擾動，提高污垢清洗的效率和均勻性，首次提及了將換熱管內(nèi)流體分區(qū)的思路，且其中認為換熱管內(nèi)的流體在螺旋流道內(nèi)產(chǎn)生快速的螺旋線流動。高翔等更分別在他們的論文“螺旋肋片形成非衰減性旋流的強化傳熱性能”(化工學報，2003年，54卷，9期)和“衰減性旋流強化傳熱性能的研究”(中國電機工程學報，2003年，23卷，5期)中闡述了衰減性螺旋流和非衰減性螺旋流的概念并進行了比較實驗研究，發(fā)現(xiàn)非衰減性螺旋流具有較高的強化傳熱性能。

然而，在不考慮在線清洗的情況下，大量的研究都表明內(nèi)插件技術的強化傳熱性能較各種強化管(翅片管、波紋管、橫槽管等)存在較大的差距，而其根本原因在于管內(nèi)的流場分布。針對這一問題，申請人利用流場可視化技術對一種內(nèi)插件(ZL?200520127121.9)的管內(nèi)流場進行了研究，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的螺旋流并不如前人研究中描述的那樣明顯，且內(nèi)插件對流體邊界層的剪切擾動更為不足。轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)遵循阻力最小原理，通過自身的旋轉(zhuǎn)而盡量降低對流體流動的阻礙，從而流體的旋轉(zhuǎn)并不顯著，這可能是內(nèi)插件技術強化能力不足的根本原因。在該研究發(fā)現(xiàn)的基礎之上，提出一種具有更好強化傳熱性能同時兼具在線清洗功能的內(nèi)插件技術成為水到渠成。

實用新型內(nèi)容

本實用新型提供一種用于管式換熱設備的換熱管內(nèi)邊界層剪切擾動徑向混流裝置。它具有在線清洗和強化傳熱的功能，將換熱管內(nèi)流體分為驅(qū)動區(qū)和擾動區(qū)，通過合理配置驅(qū)動翅和擾動翅的尺寸和形狀達到擾動翅對流體邊界層的充分剪切擾動，使得邊界層流體具有附加的切向速度，在擾動區(qū)形成非衰減性螺旋流，從而大幅減薄傳熱邊界層并破壞污垢生長條件，延長污垢誘發(fā)期和減少污垢生長量。

本實用新型一種換熱管內(nèi)邊界層剪切擾動徑向混流裝置是一種用于管式換熱設備換熱管的內(nèi)插件強化傳熱裝置。該裝置由轉(zhuǎn)子、管端掛件、支撐軸和限位鉚釘構成。兩個管端掛件分別固定在換熱管的兩端；換熱管內(nèi)放置一個或多個轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子可成組排列，每組之間由限位鉚釘間隔；支撐軸穿過轉(zhuǎn)子的軸孔和限位鉚釘，兩端固定在管端掛件上。

轉(zhuǎn)子由驅(qū)動翅、擾動翅、支撐環(huán)和軸孔構成，可將換熱管內(nèi)流體分為驅(qū)動區(qū)和剪切擾動區(qū)兩部分；驅(qū)動翅較擾動翅具有更大的受力面，提供轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動力并決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向；擾動翅可為直翅或與驅(qū)動翅旋向相反的螺旋翅，且與管壁間具有很小的間隙，以實現(xiàn)對流體邊界層的充分剪切擾動。轉(zhuǎn)子可采用注塑一體成型，亦可由裝配而成。該裝置通過增強的流體邊界層剪切擾動和徑向混流作用，使自身具有換熱管內(nèi)在線清洗和強化傳熱的雙重功能。