[發(fā)明專利]低溫工況下繞管式換熱器內(nèi)流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110556079.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113514266B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王吉;何雪靜;李振林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 周達(dá);陳燁

本發(fā)明公開了一種低溫工況下繞管式換熱器內(nèi)流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，包括內(nèi)部形成有扇形腔體的殼體，其包括：進(jìn)口端蓋、出口端蓋、前擋板、后擋板、左擋板和右擋板，在扇形腔體內(nèi)自上而下依次分布著第一均流板、第二均流板、中間纏繞管，第一均流板上設(shè)置有第一導(dǎo)流孔，第二均流板上設(shè)置有第二導(dǎo)流孔，第一導(dǎo)流孔的孔徑大于第二導(dǎo)流孔的孔徑；中間纏繞管包括最外層繞管、最內(nèi)層繞管和位于最外層繞管和最內(nèi)層繞管之間的中間層繞管；外層繞管、中間層繞管和最內(nèi)層繞管的弧度與扇形腔體的弧度相同。本發(fā)明能在低溫工況下能夠觀測(cè)流型轉(zhuǎn)換過程，研究流型與換熱的關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低溫?zé)峤粨Q技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低溫工況下繞管式換熱器內(nèi)流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

繞管式換熱器是陸基大型液化天然氣流程的首選主低溫(-170攝氏度到100攝氏度)換熱器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可以多種介質(zhì)同時(shí)換熱、操作壓力高、熱膨脹可自行補(bǔ)償以及易于實(shí)現(xiàn)大型化的特點(diǎn)。繞管式換熱器性能的好壞直接決定了天然氣液化的效率，進(jìn)而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

繞管式換熱器的核心結(jié)構(gòu)是螺旋纏繞管，該螺旋纏繞管包括多股高壓工質(zhì)在不同層繞管內(nèi)自下而上并行流動(dòng)，與殼側(cè)制冷工質(zhì)自上而下流動(dòng)的低壓混合冷劑進(jìn)行換熱。殼側(cè)工質(zhì)在管外流動(dòng)時(shí)，工質(zhì)從液體狀態(tài)逐漸加熱成氣液兩相態(tài)，在出口處出現(xiàn)全氣相狀態(tài)。隨著氣相的增多，管壁面逐漸不能被液相完全覆蓋，殼側(cè)傳熱系數(shù)下降，因此在繞管式換熱器的進(jìn)出口會(huì)出現(xiàn)傳熱性能偏差的問題。繞管式換熱器約70％的熱阻集中在殼側(cè)，觀測(cè)殼側(cè)流型的轉(zhuǎn)換對(duì)于繞管式換熱器的優(yōu)化與設(shè)計(jì)尤為重要，其整個(gè)對(duì)提高傳熱性能給出實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)。

目前，國內(nèi)對(duì)于繞管式換熱器的設(shè)計(jì)均將殼側(cè)繞管封閉在腔體內(nèi)，難以觀測(cè)流體在殼側(cè)內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)。如果為了觀測(cè)流體在殼側(cè)內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)而專門設(shè)計(jì)一比一的繞管式換熱器，會(huì)導(dǎo)致一系列問題，包括：占地面積大，成本高等。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題是提供了一種低溫工況下繞管式換熱器內(nèi)流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，在低溫工況下能夠觀測(cè)流型轉(zhuǎn)換過程，研究流型與換熱的關(guān)系，進(jìn)而提高換熱器的傳熱性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種低溫工況下繞管式換熱器內(nèi)流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，包括：內(nèi)部形成有扇形腔體的殼體，所述殼體包括：相對(duì)的進(jìn)口端蓋和出口端蓋，相對(duì)的前擋板和后擋板，相對(duì)的左擋板和右擋板，在該扇形腔體內(nèi)自上而下依次分布著第一均流板、第二均流板、中間纏繞管，所述第一均流板上設(shè)置有第一導(dǎo)流孔，所述第二均流板上設(shè)置有第二導(dǎo)流孔，所述第一導(dǎo)流孔的孔徑大于所述第二導(dǎo)流孔的孔徑；所述中間纏繞管由順時(shí)針、逆時(shí)針交叉排列的螺旋繞管形成，所述中間纏繞管包括最外層繞管、最內(nèi)層繞管和位于所述最外層繞管和所述最內(nèi)層繞管之間的中間層繞管；所述外層繞管、所述中間層繞管和所述最內(nèi)層繞管的弧度與所述扇形腔體的弧度相同。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述扇形腔體的殼側(cè)截面積與所述扇形腔體的弧度的關(guān)系如下：

上式中：A_shell為殼側(cè)截面積；R_max、R_min分別表示實(shí)驗(yàn)裝置的最大纏繞半徑和最小纏繞半徑，其值由所選取中間纏繞管最外層繞管及最內(nèi)層繞管距離中心筒的距離決定；Pr表示相鄰兩層繞管的層間距；D為繞管的外徑；rad為扇形腔體的弧度。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)質(zhì)量流量與所述扇形腔體的弧度的關(guān)系如下：

上式中：r_max、r_min分別表示繞管式換熱器的最大纏繞半徑和最小纏繞半徑，其值可根據(jù)實(shí)際換熱器的大小來決定；m為繞管式換熱器總質(zhì)量流量；m_test為實(shí)驗(yàn)測(cè)試段質(zhì)量流量；rad為扇形腔體的弧度。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述扇形腔體的弧度為π/8。