[發明專利]一種正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置

有效

• 申請號: 201510096025.0
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104713405A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 陳亞平;巨福軍;吳嘉峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F28F13/12
• 分類號: F28F13/12
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種旋渦陣列換熱裝置，尤其涉及一種正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置。

背景技術

旋渦流動是自然界存在的一種現象，由于其主流基本不改變方向，因而流動阻力較小。在強化傳熱技術領域有很多應用螺旋旋渦的例子，如扭曲橢圓管換熱器、螺紋槽管換熱器和螺旋折流板換熱器等。

目前普遍采用的傳熱旋渦陣列換熱裝置均是順渦方案，即所有傳熱旋渦體的旋渦方向相同，旋向對于分隔在管內的流體雖然是一樣的，但對于圍繞在管子外的流體，由于在相鄰2個順渦布置的傳熱旋渦體相切處的螺旋通道內流體的流動方向是相反的，所形成的對沖流必然會導致流體流動動量和能量的損失，最終將造成換熱系數的降低或流動阻力的提高。雖然在雙螺桿壓縮機或油泵等機械場合有對反向旋渦體的應用，但遺憾的是在傳熱領域國內外目前尚未對傳熱旋渦體陣列中傳熱旋渦體旋轉方向的作用問題作相關的研究或進行有效利用。

發明內容

本發明提供一種正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置。

本發明采用如下技術方案：

一種正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置，包括圓筒形殼體，在圓筒形殼體內設有傳熱芯體；所述傳熱芯體包括呈Y字形的順渦排列(即相鄰傳熱旋渦體旋渦方向一致)Y形傳熱旋渦體排；所述Y形傳熱旋渦體排的中心位于圓筒形殼體中心點上，且Y形的相鄰兩臂之間的夾角為120°；在各個Y形的相鄰兩臂構成的扇區內設有傳熱旋渦體陣列，所述傳熱旋渦體陣列由按照V字形順渦排列的右旋V形傳熱旋渦體排和左旋V形傳熱旋渦體排構成，所述右旋或左旋V形傳熱旋渦體排的兩臂之間的夾角均為120°；與Y形傳熱旋渦體排相鄰的V形傳熱旋渦體排中的傳熱旋渦體螺旋旋向和Y形傳熱旋渦體排中的傳熱旋渦體螺旋旋向相反，各個傳熱旋渦體陣列的相鄰兩排V形傳熱旋渦體排中的傳熱旋渦體螺旋旋向相反(即對渦排列)。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1)?對于由多個局部旋渦體組成的傳熱旋渦體陣列換熱器，2個旋轉方向相反的相鄰傳熱旋渦體在其相切處通道內的流動方向是一致的，因而可形成合力，有利于增強傳熱效果和降低流動阻力。圖4顯示的是一對螺旋旋向相反的相鄰傳熱旋渦體即對渦傳熱旋渦體，當兩股分別沿著相鄰傳熱旋渦體的螺旋通道流動的流體在兩個傳熱旋渦體相切處的通道內發生匯聚的時候（參見圖4的虛線圈內箭頭所示），兩股流體的流向相同；而對于現有的螺旋旋向相同的相鄰傳熱旋渦體即順渦傳熱旋渦體來說，當兩股分別沿著相鄰傳熱旋渦體的螺旋通道流動的流體在兩個傳熱旋渦體相切處的通道內發生匯聚的時候（參見圖5的虛線圈內箭頭所示），兩股流體的流向恰恰相反，形成對沖流，而對沖流會產生耗散。可見本發明利用對渦相鄰傳熱旋渦體在相切處的通道內兩股流體發生匯聚時流向相同的特點，能夠降低流動阻力，并有利于強化傳熱，同時又能滿足2個旋渦方向的傳熱旋渦體數量基本相等。

2)由于不同方向傳熱旋渦體的制造成本通常是相同的，因而本發明的對渦式正方形傳熱旋渦體陣列換熱器是一種在幾乎不增加成本的條件下有顯著強化傳熱效果的技術方案，可方便設計布局和制造。

3)?本發明可以實現在正三角形排列方案中盡量發揮對渦的主導作用，因而除中心點的傳熱旋渦體與其周圍傳熱旋渦體形成3個順渦和3個對渦外，在所述正三角形網格排列的傳熱對渦陣列中圍繞某個內部傳熱旋渦體流動的流體，其流動方向均與圍繞其周圍的6個方向中的4個方向的相鄰傳熱旋渦體流動的流體形成流動方向一致的對渦，有利于強化傳熱和降低流動阻力，同時又能滿足2個旋渦方向的傳熱旋渦體數量基本相等，并方便設計布局和制造。正三角形排列的對渦排陣列在核反應堆堆芯、扭曲橢圓管換熱器等領域有廣泛的應用前景。

4)?本發明針對正三角形排列布置方案，該方案與正方形布管方案相比不僅在相同管中心距下更加緊湊，而且流體總是形成錯排流動，傳熱系數較高；可以在圓筒形殼體內與內壁保持更為均勻的距離，所以絕大多數的換熱器均采用正三角形布管方案。

附圖說明

圖1是本發明實施例1正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置(正六邊形燃料組件對渦排陣列核反應堆)布置示意圖；

圖2是本發明實施例1正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置(正六邊形燃料組件對渦排陣列核反應堆)零部件拆分示意圖；

圖3是本發明實施例2為正三角形排列的對渦排陣列換熱裝置(扭曲橢圓管對渦排陣列換熱器)布置示意圖；

圖4是本發明實施例2扭曲橢圓管對渦示意圖；

圖5是本發明實施例2扭曲橢圓管順渦示意圖。

具體實施方式