[發明專利]可調往復式脈動流強化傳熱換熱器

有效

• 申請號: 201210145569.8
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102679770A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 鄭小濤;喻九陽;楊文灝;林緯;徐建民;王成剛;劉利軍;聶思皓
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;F28F9/02;F28F27/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及一種管殼式換熱器，具體的是涉及一種利用往復泵產生壓力脈動流，用以強化傳熱的可調往復式脈動流強化傳熱換熱器。

背景技術

工業生產中，因熱能傳遞、交換、轉換及控制等需要，換熱器被大量采用，其中又以管殼式換熱器應用最為普遍。為了提高強化換熱系數，國內外科技工作者從管內插入旋流原件、振動強化傳熱、電場強化傳熱以及改變換熱管形狀等多個方面進行了研究。此類強化目前以結構強化技術應用最為廣泛，插入旋流原件主要以插入絲帶和彈簧以帶動流體擾動為主，流體均以恒壓流動為主。如何應用有規律的流體壓力脈沖來增強傳熱效果的研究并不多，也沒有提出有效的結構形式。脈動流傳熱做為一種新型的傳熱技術，主要研究集中在生物、信息和納米技術，通過它高效的散熱和傳熱功能，解決了很多領域的熱障瓶頸以及大大降低能源的消耗。這些都說明了脈動流傳熱的重要應用背景和研究價值。本課題組目前正在進行國家自然科學基金資助項目“列管式換熱器流體誘導振動強化傳熱機理研究”（NO.50976080）的研究，該課題研究也涉及到脈動流，所以獲得脈動流就是本課題研究的一個重要內容。國內專利號為“CN200910060614.8”的脈動流發生器，只能調節流體周期性的變化，不能實現脈動振幅的調節，且該脈動流發生裝置產生的流體周期性脈動不夠精確。基于此，尋求解決調節脈動流頻率和振幅的脈動流強化傳熱換熱器成為研究脈動流傳熱的重點。

發明內容

本發明所要解決的主要問題都是基于上述現有技術而提出的一種可調往復式脈動流強化傳熱換熱器，其能夠同時調節脈動流的振幅和頻率，通過振幅和頻率的變化，能夠有效的利用流體壓力脈沖變化增強擾動而起到強化傳熱和除垢的效果。

本發明解決上述提出的問題所采用的方案為：可調往復式脈動流強化傳熱換熱器，包括有殼體、封頭、管板和換熱管，殼體兩端分別由管板與兩側封頭相連接，換熱管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一側封頭上的管程入口連接有往復式脈動流發生裝置，通過調節往復式脈動流發生裝置的轉速和其所在支路的流量來調節其振幅和頻率，所述的往復式脈動流發生裝置包括有水箱、輸出支路Ⅰ、輸出支路Ⅱ和主路Ⅲ，

其中，所述的輸出支路Ⅰ包括第一截止閥和調頻管道泵，第一截止閥一端與水箱連接，另一端與調頻管道泵相連，調頻管道泵用于提供輸出恒壓流體，第一截止閥用于調節輸出支路Ⅰ輸出流量的大小；

所述的輸出支路Ⅱ包括第二截止閥、往復式脈動流發生器和止回閥，第二截止閥一端與水箱連接，另一端與往復式脈動流發生器相連接，第二截止閥用于調節輸出支路Ⅱ輸出流量的大小，止回閥與往復式脈動流發生器相連，用于防止輸出支路Ⅰ中的流體進入輸出支路Ⅱ；

所述的輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅱ通過三通的兩接口相連，三通的另一接口與主路Ⅲ相連，輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅱ的流體流入主路Ⅲ，從而輸出脈動流。

按上述方案，所述的往復式脈動流發生器包括有調頻電機、活塞連桿機構和泵缸，所述的活塞連桿機構的活塞桿與調頻電機的輸出端相連，活塞連桿機構的活塞與泵缸相配合，泵缸靠近止回閥一側設置有排出閥，靠近第二截止閥一側設置有吸入閥，通過調頻電機來調節頻率的變化，以及活塞在泵缸內移動距離的長短和截止閥調節振幅的變化。在往復運動過程中實現吸入閥和排出閥“漸開—漸關—漸開”的改變，從而實現輸出脈動流體，調頻電機的轉速可調，通過此調節脈動頻率。

按上述方案，所述的輸出支路Ⅰ、輸出支路Ⅱ和主路Ⅲ的管路的管口截面積相同。因此，主路Ⅲ中的流速為輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅱ的流速之和。

?本發明的優點在于：1）通過輸出支路Ⅰ調節穩態流量，輸出支路Ⅱ得到脈動流量，以及調節電機的轉速可以實現對主路Ⅲ中脈動流的平均流速、脈動頻率和脈動振幅的調節，得到有研究價值的脈動流。2）在傳統的管殼式換熱器上通過在管程端接入裝有往復式脈動流發生器的管路，對其結構形式進行了簡單的改進，就可以實現傳統換熱器的強化傳熱、抑垢和除垢，并且結構簡單，易于實現。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖

圖中????1封頭，2管程出口，3管板，4殼體，5換熱管，6殼程出口，7主路Ⅲ，8輸出支路Ⅱ，9止回閥，10排出閥，11泵缸，12活塞，13活塞桿，14吸入閥，15調頻電機，16第二截止閥，17水箱，18輸出支路Ⅰ，19第一截止閥，20調頻管道泵。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的說明。