[發明專利]一種新型套管式換熱管

有效

• 申請號: 201310210039.1
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103292620A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 趙福宇;魏新宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D7/10
• 分類號: F28D7/10;F28F1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明屬于強化換熱技術領域，具體涉及一種新型套管式換熱管。

背景技術

現有的管內強化傳熱方法主要有在管內插扭曲帶、混合器，或采用機械、物理、化學方法增加管內表面粗糙度，或在管內緊貼管壁插入螺旋絲或采用機械加工方法形成整體異形內肋管等。還有通過套管來增加換熱面積的方法，現有的套管式換熱管主要有同心套管、偏心套管以及內管為螺旋管的套管這幾種形式。

現有的帶螺旋內管的套管式換熱管可以強化換熱，但這種螺旋結構會增加兩側流體的流動阻力，需要增加泵的揚程，這樣不僅增加了能耗，而且帶來了噪音。現有的帶螺旋內管的套管式換熱管中，內螺旋管的螺距是固定不變的。但是當被加熱工質發生相變時，物理狀態會由液態變為兩相再變為氣態的過程，顯然，由于物性不同，在不同狀態時內螺旋管的螺距對換熱管換熱性能和流動特性的影響是不同的。為此，研發出一種傳熱性能高而流動阻力小的新型套管式換熱管型是十分必要的。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種新型套管式換熱管，在保證優良傳熱性能的同時，能夠有效地減小介質在管內的流動阻力。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種新型套管式換熱管，由直外管1和置于直外管1內和其同軸的螺旋內管2組成，所述螺旋內管2沿換熱管軸向依次分為第一段長度L1、第二段長度L2和第三段長度L3，所述第一段長度L1、第二段長度L2和第三段長度L3的螺距分別為第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3，其中第二段螺距S2大于第一段螺距S1和第二段螺距S2。

所述螺旋內管2的螺旋半徑r=(d3-d2)/2，直外管1內壁和螺旋內管2外壁相接觸，其中：d2為螺旋內管外徑，d3為直外管內徑。

所述螺旋內管2的第一段長度L1、第二段長度L2和第三段長度L3以及第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3按照換熱管的設計工況計算得到。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

本發明的新型套管式換熱管，設計一種具有變螺距結構的內管，利用螺旋結構的增大換熱面積、強迫流體旋轉，破壞管內近壁區的流動與熱邊界層，也即利用人工方法附加湍流的方法，使流動邊界層內產生強烈擾動而減小熱阻，增大傳熱量，達到強化傳熱的目的，同時，根據不同工況設計螺旋內管螺距的變化情況，使其在單相段較小而在兩相段較大。由于占比例較大的兩相段螺距的增大，該管型既具有強化傳熱作用，在給定的熱負荷下可以縮短換熱管長，換熱結構更緊湊，又可減少管內流體的摩擦阻力，減少給水泵的功耗。

附圖說明

圖1為本發明新型套管式換熱管的透視示意圖。

圖2為本發明新型套管式換熱管的軸向截面示意圖。

圖3為本發明新型套管式換熱管的徑向截面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如圖1和圖2所示，本發明一種新型套管式換熱管，由直外管1和置于直外管1內和其同軸的螺旋內管2組成，所述螺旋內管2沿換熱管軸向依次分為第一段長度L1、第二段長度L2和第三段長度L3，所述第一段長度L1、第二段長度L2和第三段長度L3的螺距分別為第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3，其中第二段螺距S2大于第一段螺距S1和第二段螺距S2。

如圖3所示，作為本發明的優選實施方式，所述螺旋內管2的螺旋半徑r=(d3-d2)/2，使直外管1內壁和螺旋內管2外壁相接觸，起到直外管1和螺旋內管2相互支撐的作用，保證換熱結構的穩定性。其中：d2為螺旋內管外徑，d3為直外管內徑。圖中，d1為螺旋內管內徑，d4為直外管外徑。

實施例

本實施例按照加熱工質在外管外和螺旋內管中流動，被加熱工質在兩管之間逆向流動，由單相水被加熱沸騰到出口為過熱蒸汽。取螺旋內管內徑d1為6mm，螺旋內管外徑d2為10mm，直外管內徑d3為13mm，直外管外徑d4為18mm，加熱工質為水，入口壓力為17MPa，入口流量為0.0179kg/s，入口溫度為327℃，被加熱工質為水，入口壓力為4MPa，入口流量為0.0031kg/s，入口溫度為106℃，出口蒸汽溫度為290℃。當對出口蒸汽品質有要求時，熱負荷是一定的，換熱性能越好管子長度越短，螺距和管長的關系可以用式(1)的擬合關系式來表示，螺距和壓降的關系可以用式(2)的關系式表示。