[發明專利]一種利用橫向流體交混作用增強對流換熱能力的換熱器

無效

• 申請號: 201110455673.2
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102519297A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 鄢炳火;于雷
• 申請（專利權）人: 鄢炳火;于雷
• 主分類號: F28F13/06
• 分類號: F28F13/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種傳熱管，進一步涉及一種通過改變壁面形狀、利用橫向流體交混作用增強對流換熱能力的傳熱管。

背景技術

管殼式換熱器是目前應用最為廣泛、使用量最大的換熱器，約占換熱器總量的70％。管殼式換熱器具有結構堅固，可選用的結構材料范圍寬廣，操作彈性大等優點，因而被廣泛應用于能源動力、石油化工等行業。換熱器的性能對產品的質量、能量利用、系統運行的經濟性和可靠性等方面有著重要的作用，因此提高換熱器性能顯得尤為重要。管殼式換熱器的換熱阻力往往來自于殼側，因此對殼側強化傳熱便成為改善換熱器性能的主要方式之一。

目前，管殼式換熱器強化傳熱方法有：采用改變傳熱元件本身的表面形狀及其表面處理方法，以獲得粗糙表面和擴展表面；用添加內插物的方法增強流體本身的擾流。這些方法在提高換熱器的換熱能力的同時也在一定程度上增加了換熱器的流動阻力，增加了燃耗。

近年來，國際上出現了一種通過減小傳熱管間隙以提高傳熱能力的方法。傳熱管間距降低后，殼側主流區與間隙區的速度差增大，換熱器殼側流體的橫向交混和擾動也隨之增加，導致傳熱能力有一定程度的提升。傳熱管間隙越小，殼側的對流換熱能力提升幅度越大。這種換熱器的換熱能力在很大程度上取決于傳熱管的間隙。但是，傳熱管的間隙不可能小于機械加工的極限。因而這種方法的強化傳熱能力具有一定的范圍。而且管間隙越小，機械加工精度越低，誤差越大，這也會在一定程度上影響換熱設備的性能。

板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。換熱器的各板片之間形成許多小流通斷面的流道，通過板片壁面與流體進行熱量交換，它與常規的管殼式換熱器相比，在流速比較低的條件下，其傳熱系數要高于管殼式換熱器。目前，板式換熱器的應用已非常普遍。

傳統的管殼式換熱器強化傳熱方法如改變傳熱元件表面形狀和增強擾流等在增強換熱的同時也增加了流動阻力和燃耗，而且增大了傳熱管尺寸和換熱器容積，這些因素的存在都在一定程度上阻礙了傳統強化傳熱方法的推廣和應用。

近年來新出現的通過減小傳熱管間隙以提高傳熱能力的方法也有一個顯著的缺點，為了盡可能地提高傳熱能力，傳熱管間隙需要盡可能的減小，但是傳熱管間隙不能夠太小。如果傳熱管間隙非常小會出現兩個后果，①傳熱管間隙太小的話，工業加工難以實現，通常情況下，工業上難以制造出管間隙小于1mm的傳熱管束。②當傳熱管間隙比較小時，流致振動效應比較明顯，傳熱管會受到殼側流體的強烈沖擊，進而引發傳熱管的力學不穩定性，使傳熱管發生變形、錯位和偏移，甚至使傳熱管發生損壞。

限制板式換熱器使用和推廣的兩個重要因素是流動阻力大、工作壓力低。在高溫高壓工況下，由于受到密封墊片耐熱、耐壓性能的影響及板片間流道面積及流道通量的限制，如果流速比較高，阻力會急劇增大，使壓力下降很大。因而板式換熱器的工作壓力通常在2MPa以下，其運行工況下的流速也不高。

發明內容

鑒于以上內容，本發明的目的在于：

1.增強換熱器殼側的傳熱能力；

2.合理控制傳熱管間距，方便機械加工；

3.減小換熱器體積；

4.避免流致振動現象，減小傳熱管受到的水力沖擊；

5.增加板式換熱器的傳熱能力并降低板式換熱器在高流速下的流動阻力。

本發明提供了一種通過改變壁面形狀、利用橫向流體交混作用增強對流換熱能力的換熱器，包括換熱側壁和傳熱側壁，通過改變換熱側壁面形狀增大垂直于流動方向上的主流速度差，進而產生強烈的橫向流體交混，最終增強換熱器傳熱能力。其中，所述換熱側壁面在垂直于流體流動的方向上為光滑壁面與粗糙壁面交替的側壁，所述傳熱側壁為光滑壁面。

優選的，所述粗糙壁面通過在壁面鋪設顆粒、刻槽和紋路以及調整走刀量形成。

優選的，所述粗糙壁面通過粗車、鏜、刨、鉆方法形成。

優選的，所述換熱器由換熱管構成。

優選的，所述換熱器由熱板構成。

優選的，所述粗糙壁面面積占殼側整個管壁面面積的比例的50％。

優選的，所述換熱通道壁上的粗糙壁面與光滑壁面在垂直于流體流動方向上間隔排列。

本發明提供了另一種通過改變壁面形狀、利用橫向流體交混作用增強對流換熱能力的換熱器，包括換熱側壁和傳熱側壁，其中，所述換熱側壁面在垂直于流體流動的方向上為較厚壁面與較薄壁面交替的側壁，所述傳熱側壁為光滑壁面。