[實用新型]一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管

無效

• 申請號: 200920070457.4
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN201397078Y
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 崔國民;呂巖巖;姜濤;姜慧;郭春雨;李瑜
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: F28F13/02
• 分類號: F28F13/02;F28F13/12;F28F21/08;F28F21/06
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本實用新型涉及一種換熱管的強化傳熱裝置，具體涉及一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管。

背景技術

管殼式換熱器在化工、煉油、輕工、冶金等過程工業系統中起著重要的作用。據統計，在現代石油化工生產中，尤其是大型電站的輔助設備中管殼式換熱器以及換熱管道的投資約占總投資的15％～30％。然而通常用的管殼式換熱器與各種新型高效換熱器相比，換熱效率較低。因此，隨著能源日益緊張，本著節約能耗、物耗的思想，應用強化傳熱技術減少換熱器中換熱管數量，增強換熱管的換熱性能，是每一個工程設計人員追求的目標。幾十年來，換熱管的傳熱強化、開發與研究是一個始終倍受關注的課題。

根據換熱管的停用場合不同，其強化的重點也有所區別。根據熱阻的主要來源，強化方法主要分為管外強化和管內強化兩種。管外強化主要有管外翅片增加二次換熱面積、改變管束排列方式(叉排或順排)以及加入折流板或折流桿等改變流動狀態和換熱條件等方法實現；而對于應用眾多的管外相變凝結作用的換熱管(例如電廠凝汽器等)，其熱阻主要來源于管內換熱，因此管內強化是研究的重點。對于換熱管內的強化，基于強化機理，目前主要有如下強化方法：

1)采用管內插入物來強化管內傳熱：包括金屬絲制元件、金屬螺旋圈、盤狀構件、麻花鐵、翼形物等；

2)采用傳熱性能優良的傳熱管(異型管)：如橫紋管、螺紋槽管、翅片管、單(雙)面縱槽管，多孔金屬層管。

綜觀上述目前現有的管內強化換熱方法，其基本上都是通過結構改變或者設置其他擾動裝置，目的是盡量增加流體的擾動，從而提高流體的湍動度、盡量減薄流體熱和流動邊界層的方法實現傳熱強化，尚不存在專門地、主動地破壞流動和熱邊界層，從而從本質上提高傳熱性能的強化方法，因此提高傳熱效果有限。

實用新型內容

本實用新型公開了一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其目的在于克服現有換熱管內的強化方法不能從本質上提高傳熱性能，傳熱效果較差等弊端。本實用新型強化傳熱裝置是在普通換熱管內設置一個帶渦輪自驅動裝置的邊界層刷，由于邊界層刷的轉動使得管內的流體得以擾動而強化傳熱，管內的邊界層不斷被破壞，可大大提高強化效果；邊界層刷采用葉輪流體自驅動的方式，旋轉不需要額外動力，能夠在有限的阻力增加的條件下，實現自驅動的傳熱強化效果。本實用新型抓住了邊界層導熱熱阻這一限制對流換熱的最根本因素，不是僅僅局限于減薄邊界層的有限強化，而是設置專門的邊界層破壞裝置，主動地實現邊界層的完全破裂，從而從本質上提高對流換熱效果。

一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特征在于：在光滑換熱管或直管段的兩端各設置一個葉輪，所述的兩個葉輪外端面分別與法蘭固定，所述的兩個葉輪內端面位于光滑換熱管或直管段的中心軸線位置，脹接或者螺旋連接不銹鋼金屬軸，金屬軸上間隔錯落連接周期邊界層刷，所述的各周期邊界層刷與不銹鋼金屬軸垂直。

所述的周期邊界層刷可以是焊接在金屬軸上的短金屬針棒或有機塑料短棒或打孔金屬片。

所述的周期邊界層刷的長度：每個周期邊界層刷的末端距離換熱管內壁面為1/5～1/7半徑的距離。

所述的金屬軸上間隔錯落連接的各周期邊界層刷依次成90°排列，每四個一組，每組正好旋轉360°。

本實用新型與普通的強化管相比，具有以下特點：

1)本實用新型裝置的強化方式屬于傳熱的主動強化；不僅邊界層刷的自身轉動使得管內的流體得以擾動而強化傳熱，還能通過邊界層刷對管內壁邊界層的不斷破壞，進一步提高強化效果；

2)邊界層刷的旋轉不需要依靠外在驅動力，采用葉輪流體自驅動的方式，由流體帶動葉輪使邊界層刷轉動；

3)由于在邊界層刷旋轉過程中，換熱管內壁面會產生一個橫向流動作用，使得硬水中的粒子很難沉積下來，相當于對換熱管壁面起到一個清掃的作用。所以這種強化傳熱裝置能很好的避免內部管壁結垢。

附圖說明

圖1是本實用新型一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管結構示意圖；

圖2是換熱管截面示意圖。

1.換熱管；2.前葉輪及固定法蘭；3.后葉輪及固定法蘭；4.不銹鋼金屬軸；5.周期邊界層刷。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型的保護范圍。