專利名稱：可提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法。
技術(shù)背景
換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、冶金、電力、 輕工、食品等行業(yè)應(yīng)用普遍。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%-45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，90%以上的換熱器是間壁式換熱器，從傳熱本質(zhì)為來說提高傳熱系數(shù)是根本，所以長期以來，人們希望間隔式換熱器能達(dá)到比較高傳熱系數(shù)，從而獲得一種理想型換熱器，為節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。至今為止，從改變流體流動(dòng)狀態(tài)方面進(jìn)行研究的有很多，但大多數(shù)都是從改變換熱器的本身結(jié)構(gòu)來改善換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，如管殼式換熱器研究進(jìn)展中提到的刺孔膜片管、螺旋扁管、變截面管，CN101566437A將列管制成復(fù)合套管雙螺旋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，CN1012^K)41A中加一螺旋的攪拌器，打破了層流時(shí)的溫度梯度傳播方式。還有從改變殼程的流體流動(dòng)方式的C擬802425Y，或是改變殼程折流板的形式。這些都或多或少的提高了換熱器的傳熱效率(系數(shù))，但是都存在各種各樣的問題，比如對(duì)物料要求高、清洗困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。究其換熱機(jī)理，在不改變換熱間壁和匹配的流體壓力、流速、流量的情況下，提高傳熱系數(shù)的方法只有兩個(gè)一是提高流體的湍流，即增大流體的雷諾數(shù)，另一個(gè)是要充分減薄及破壞滯流層。目前在間壁式換熱器中，無論是管程還是殼程流體都是比較穩(wěn)定的流動(dòng)，換熱器滯流層厚、垂直傳熱梯度小、速率低、需時(shí)長，就算公認(rèn)最先進(jìn)的擬螺旋折流板換熱器對(duì)殼程循環(huán)改善也很有限。因此現(xiàn)有間壁式換熱器傳熱系數(shù)還不高，間壁式換熱器熱功傳熱效率還不夠好。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中間壁式換熱器傳熱系數(shù)還不高的問題，本發(fā)明提供了一種可改變間壁式換熱器中流體流動(dòng)狀態(tài)，使流體形成紊流脈動(dòng)，從而增加流體的湍動(dòng)及擾動(dòng)，減薄流體的滯流層，提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法。
本發(fā)明所述提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法是在間壁式換熱器入口管路上或其內(nèi)部連接有脈動(dòng)發(fā)生器，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的通斷和進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的頻率和壓力變化，從而改變脈動(dòng)發(fā)生器的工作振幅和頻率，使流經(jīng)脈動(dòng)發(fā)生器的流體產(chǎn)生局部截面積的變化，使進(jìn)入間壁式換熱器的流體產(chǎn)生紊流脈動(dòng)，從而增加間壁式換熱器內(nèi)流體的擾動(dòng)、傳熱梯度和速率，減薄流體的滯流層，提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)。
為使從間壁式換熱器中流出的流體不影響下道工序生產(chǎn)，在靠近間壁式換熱器的流出管路上連接有緩沖槽，通過緩沖槽使流體從紊流恢復(fù)到平流狀態(tài)，以適用下道工序要求。
本發(fā)明所述方法是在不改變間壁式換熱器本身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在換熱器入口管路上或其內(nèi)部連接有脈動(dòng)發(fā)生器，通過脈動(dòng)發(fā)生器使流體從平流變?yōu)槲闪髅}動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)入間壁式換熱器內(nèi)，使換熱器整個(gè)流道內(nèi)流體不同段的壓力有較大的壓差，從而使流體形式脈動(dòng)流動(dòng)，增加了整個(gè)流道內(nèi)流體的湍動(dòng)及擾動(dòng)，減薄流體滯流層，同時(shí)由于流體各段的壓力不一樣，它們流過換熱面時(shí)，在同一個(gè)部位壓力高與壓力低的流體往復(fù)通過，使滯流層在壓力高時(shí)被壓縮，而在流體壓力低時(shí)又由于滯流層本身的高壓力而從管壁炸開，最終達(dá)到減小熱阻，提高傳熱系數(shù)。
本發(fā)明所述提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法，在不改變間壁式換熱器本身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過在換熱器入口管路上或其內(nèi)部連接有脈動(dòng)發(fā)生器，使流體從平流變?yōu)槲闪髅}動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)入間壁式換熱器內(nèi)，使流體產(chǎn)生脈動(dòng)，它不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可增加流體的湍動(dòng)及擾動(dòng)，減薄流體的滯流層和熱阻，提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)和傳熱效率。


圖1是本發(fā)明的連接關(guān)系示意圖。
圖2至圖5是流體經(jīng)過脈動(dòng)發(fā)生器進(jìn)入間壁式換熱器的四種不同的流動(dòng)狀態(tài)圖。
在圖中，1、流體I 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)3、流體II 4、緩沖槽I 5、壓力平衡系統(tǒng) 6、下道工序 7、間壁式換熱器8、脈動(dòng)發(fā)生器9、緩沖槽II 10、氣源。
具體實(shí)施方式
圖1為應(yīng)用在回收廢水中氯化銨的三效蒸發(fā)器系統(tǒng)的各部份連接關(guān)系結(jié)構(gòu)圖，氯化銨原料的換熱器結(jié)構(gòu)形式?jīng)]做任何改動(dòng)，管程是含15%氯化銨的鹽水原液，殼程是三效蒸發(fā)器的冷凝水，在液-液換熱的情況下，進(jìn)入間壁式換熱器7的流體I 1和流體II 3 (均為鹽水原液)以平流狀態(tài)分兩路分別進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器8中，脈動(dòng)發(fā)生器連接在間壁式換熱器入口管路上，脈動(dòng)發(fā)生器與自動(dòng)控制系統(tǒng)2相連，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制氣源10與脈動(dòng)發(fā)生器的通斷，即自動(dòng)控制系統(tǒng)以一定時(shí)間間隔間隔向脈動(dòng)發(fā)生器內(nèi)通入空氣，其時(shí)間間隔可相同或不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)除控制氣源間隔進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器中外，還控制進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器的壓力，使氣源以相同壓力和相同時(shí)間間隔形式進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器，使脈動(dòng)發(fā)生器中的流體產(chǎn)生如圖1所示的紊流脈動(dòng)；或以不同時(shí)間間隔和相同壓力的形式進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器，使脈動(dòng)發(fā)生器中的流體產(chǎn)生如圖2所示的紊流脈動(dòng)；或控制氣源以相同時(shí)間間隔和壓力一大一小變化的交錯(cuò)形式將氣源通入脈動(dòng)發(fā)生器，使脈動(dòng)發(fā)生器中的流體產(chǎn)生如圖4所示的紊流脈動(dòng)；或以相同時(shí)間間隔和壓力大、中、小變化的交錯(cuò)形式將氣源通入脈動(dòng)發(fā)生器，使脈動(dòng)發(fā)生器中的流體產(chǎn)生如圖5所示的紊流脈動(dòng)。當(dāng)然根據(jù)流體的流速、流量和流壓等具體內(nèi)容， 通過自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)定，可使氣源以其它間隔時(shí)間和壓力變化的形式進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器。 不管哪種形式，最終都能使脈動(dòng)發(fā)生器內(nèi)流體產(chǎn)生紊流脈動(dòng)，只不過是脈種方式有不同。脈動(dòng)發(fā)生器中的膜片在壓力和頻率發(fā)生變化的氣源作用下產(chǎn)生振動(dòng)，使與膜片相連的傳動(dòng)桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)桿帶動(dòng)活塞在流體橫截面上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而可使流體流動(dòng)橫斷面積產(chǎn)生變化，使從脈動(dòng)發(fā)生器一端流體入口進(jìn)入的平流流體變成紊流從脈動(dòng)發(fā)生器另一端流體出口流出，其中一管路中的流體I 1通過脈動(dòng)發(fā)生器后進(jìn)入間壁式換熱器，再從間壁式換熱器中流入到緩沖槽II 9中，另一管路中流體II 3通過脈動(dòng)發(fā)生器后進(jìn)入間壁式換熱器，再從間壁式換熱器中流入到緩沖槽I 4中，緩沖槽II和緩沖槽I均與壓力平衡系統(tǒng)5相連，從緩沖槽I 4和緩沖槽II 9流出的流體以平流狀況進(jìn)入下道工序6中。
權(quán)利要求
1.可提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法，其特征在于在間壁式換熱器(7)入口管路上或其內(nèi)部連接有脈動(dòng)發(fā)生器(8)，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)(2)控制進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的通斷和進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的頻率和壓力變化，從而改變脈動(dòng)發(fā)生器的工作振幅和頻率， 使流經(jīng)脈動(dòng)發(fā)生器的流體產(chǎn)生局部截面積的變化，使進(jìn)入間壁式換熱器的流體產(chǎn)生紊流脈動(dòng)，從而增加間壁式換熱器內(nèi)流體的擾動(dòng)、傳熱梯度和速率，減薄流體的滯流層，提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法，其特征在于在靠近間壁式換熱器的流出管路上連接有緩沖槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了可提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的方法，在間壁式換熱器入口管路上或其內(nèi)部連接有脈動(dòng)發(fā)生器，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的通斷和進(jìn)入脈動(dòng)發(fā)生器氣體的頻率和壓力變化，改變脈動(dòng)發(fā)生器的工作振幅和頻率，使流經(jīng)脈動(dòng)發(fā)生器的流體產(chǎn)生局部截面積的變化，使進(jìn)入換熱器的流體產(chǎn)生紊流脈動(dòng)，從而增加換熱器內(nèi)流體的擾動(dòng)、傳熱梯度和速率，減薄換熱器內(nèi)流體的滯流層，提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)。本發(fā)明在不改變間壁式換熱器本身的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過在換熱器入口管路上或其內(nèi)部連接脈動(dòng)發(fā)生器，使流體從平流變?yōu)槲闪鬟M(jìn)入間壁式換熱器內(nèi)，它不僅結(jié)構(gòu)簡單，且可增加流體的湍動(dòng)及擾動(dòng)，減薄流體的滯流層和熱阻，提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)。
文檔編號(hào)F28F13/10GK102506604SQ201110348998
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者姚光純, 徐德懿 申請(qǐng)人:姚光純