[實用新型]一種用于非牛頓流體的換熱器有效

申請號：	201220618385.4	申請日：	2012-11-20
公開（公告）號：	CN202928405U	公開（公告）日：	2013-05-08
發明（設計）人：	張正國;徐濤;高學農	申請（專利權）人：	華南理工大學
主分類號：	F28D7/00	分類號：	F28D7/00;F28D7/16;F28F9/24;F28F1/02
代理公司：	廣州市華學知識產權代理有限公司 44245	代理人：	蔡茂略
地址：	510640 廣***	國省代碼：	廣東;44
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于牛頓流體換熱器
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【說明書】：

技術領域

本實用新型涉及一種換熱器技術，特別是涉及一種用于非牛頓流體的換熱器。

背景技術

非牛頓流體是指剪應力和剪切變形速率之間不滿足線性關系的流體，其表觀粘度可用冪律非牛頓模型表示。非牛頓流體在石油、化工、輕工、食品、紡織、高分子及塑料工業以及生物醫學工程等許多領域都有廣泛的應用。近年來，在能源領域發展起來的新型傳熱流體如納米流體、潛熱型熱流體等，也有部分屬于非牛頓流體。非牛頓流體通常具有高的粘度，傳熱邊界層較厚，粘性作用力影響大，在傳熱強化的同時流阻也顯著增加。比如采用螺旋槽管強化非牛頓流體混濁橙汁的冷卻傳熱，與光滑管對比，傳熱系數提高不到15%，可壓降卻是光滑管的2至7倍。因此，在非牛頓流體的實際應用中，許多換熱過程仍然廣泛采用攪拌器結構，通過夾套或設置盤管對流體進行加熱，并利用攪拌槳的攪拌作用實現傳熱強化，這種強化傳熱的操作方式物料不能實現連續化生產，只能是間歇式操作，從而大大影響了產生效率和成本。

采用換熱器對非牛頓流體進行直接換熱可實現連續生產。但其高的粘度導致低的傳熱系數，這就需要大的換熱面積，同時能耗也增加，而采用強化傳熱技術是開發高效換熱器的有效途徑。但對于非牛頓流體，由于粘度大，利用翅片或凸肋等粗糙元激發流體產生強烈湍動和促進邊界層分離實現傳熱強化的同時，勢必導致很大的壓力損失。目前，國內廣泛使用的高粘度非牛頓流體換熱器仍為傳統的弓型隔板換熱器結構，這種換熱器具有以下缺點：

1.管間流體在折流板間往返折流沖刷管束，在此過程中折流造成的流體形體阻力大、壓降高，容易引起管束的振動破壞；

2.弓型隔板存在流動死區，介質易結垢，從而影響換熱器的性能和使用壽命；

3.采用光翅片管進行傳熱強化，由于粘度大導致壓降高。

采用螺旋殼程結構的換熱器，具有流體流動均勻、沒有死區，壓降低且不易引起管束振動的優點；而采用螺旋折流板作為管間支撐結構的換熱器能克服弓型折流板換熱器的固有缺點；將螺旋折流板與橢圓管進行搭配，可進一步提高換熱器的傳熱性能。將流體在橢圓管表面因曲率效應形成的二次流與螺旋流動時因離心力作用形成的二次流結合在一起，實現高粘度非牛頓流體在傳熱管表面及傳熱管之間二次流的耦合強化傳熱，由于沒有翅片或粗糙元對流體的強烈擾動，因此不會導致壓降的明顯增加。

實用新型內容

一種用于非牛頓流體的換熱器，包括封頭、殼體和管板；在管板之間設有螺旋折流板、定距管和多個傳熱管，螺旋折流板由定距管固定；多個傳熱管排布構成管束，定距管和管束穿過螺旋折流板，定距管和管束的兩端分別與管板連接；在封頭上設有工藝熱水的出口和工藝冷水的進口，在殼體上設有高溫余熱廢水的進口和換熱后低溫余熱廢水的出口。

優選的，所述傳熱管為橢圓管。

優選的，所述傳熱管通過三角形布管、轉角三角形布管、正方形布管、轉角正方形布管或同心圓布管的方式排布成管束。

優選的，所述螺旋折流板是由若干四分之一橢圓板沿換熱器中心軸線的軸向排列成的螺旋結構，該橢圓板傾斜于換熱器的中心軸線，并沿管束徑向每一圓周由四塊橢圓板交叉排列并拼接成螺旋狀；各相鄰橢圓板周邊呈連續螺旋線，或為整體連續的螺旋結構。

優選的，所述管束的中心設有中心管。

優選的，所述換熱器的殼體為固定管板式、浮頭式或U型管式的結構。

優選的，構成本實用新型換熱管所用的材料是碳鋼、不銹鋼或其他合金。

本實用新型與現有技術相比，具有以下有益效果：

1.螺旋折流板使得流體在殼程流動均勻，呈連續平穩的螺旋塞狀流，流體的流動反混少，不存在流動死區，因此余熱介質不易在殼程結垢；

2.流體的旁路流和泄漏流影響小，壓降低，故余熱介質在流動過程中對管束的振動破壞小；

3.利用橢圓管表面曲率效應形成的二次流，促進高粘度流體邊界層的擾動和分離，從而提高管外的對流傳熱系數；

4.結合螺旋折流板和橢圓管的優點，傳熱系數高、性能穩定、壓降低，不易結垢，特別適合在高粘度非牛頓流體的傳熱強化。

附圖說明