可提高間壁式換熱器傳熱係數的方法
2023-05-30 11:18:06 2
專利名稱：可提高間壁式換熱器傳熱係數的方法
技術領域：
本發明涉及提高間壁式換熱器傳熱係數的方法。
技術背景
換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節能設備，是在石油、化工、冶金、電力、 輕工、食品等行業應用普遍。在煉油、化工裝置中換熱器佔總設備數量的40%左右，佔總投資的30%-45%。近年來隨著節能技術的發展，換熱器的應用領域不斷擴大，帶來了顯著的經濟效益。目前，90%以上的換熱器是間壁式換熱器，從傳熱本質為來說提高傳熱係數是根本，所以長期以來，人們希望間隔式換熱器能達到比較高傳熱係數，從而獲得一種理想型換熱器，為節約能源及環境保護作出貢獻。至今為止，從改變流體流動狀態方面進行研究的有很多，但大多數都是從改變換熱器的本身結構來改善換熱器內流體的流動狀態，如管殼式換熱器研究進展中提到的刺孔膜片管、螺旋扁管、變截面管，CN101566437A將列管制成複合套管雙螺旋結構，結構比較複雜，CN1012^K)41A中加一螺旋的攪拌器，打破了層流時的溫度梯度傳播方式。還有從改變殼程的流體流動方式的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(係數)，但是都存在各種各樣的問題，比如對物料要求高、清洗困難、結構複雜。究其換熱機理，在不改變換熱間壁和匹配的流體壓力、流速、流量的情況下，提高傳熱係數的方法只有兩個一是提高流體的湍流，即增大流體的雷諾數，另一個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定的流動，換熱器滯流層厚、垂直傳熱梯度小、速率低、需時長，就算公認最先進的擬螺旋折流板換熱器對殼程循環改善也很有限。因此現有間壁式換熱器傳熱係數還不高，間壁式換熱器熱功傳熱效率還不夠好。發明內容
針對上述現有技術中間壁式換熱器傳熱係數還不高的問題，本發明提供了一種可改變間壁式換熱器中流體流動狀態，使流體形成紊流脈動，從而增加流體的湍動及擾動，減薄流體的滯流層，提高間壁式換熱器傳熱係數的方法。
本發明所述提高間壁式換熱器傳熱係數的方法是在間壁式換熱器入口管路上或其內部連接有脈動發生器，通過自動化控制系統控制進入脈動發生器氣體的通斷和進入脈動發生器氣體的頻率和壓力變化，從而改變脈動發生器的工作振幅和頻率，使流經脈動發生器的流體產生局部截面積的變化，使進入間壁式換熱器的流體產生紊流脈動，從而增加間壁式換熱器內流體的擾動、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係數。
為使從間壁式換熱器中流出的流體不影響下道工序生產，在靠近間壁式換熱器的流出管路上連接有緩衝槽，通過緩衝槽使流體從紊流恢復到平流狀態，以適用下道工序要求。
本發明所述方法是在不改變間壁式換熱器本身結構基礎上，在換熱器入口管路上或其內部連接有脈動發生器，通過脈動發生器使流體從平流變為紊流脈動的狀態進入間壁式換熱器內，使換熱器整個流道內流體不同段的壓力有較大的壓差，從而使流體形式脈動流動，增加了整個流道內流體的湍動及擾動，減薄流體滯流層，同時由於流體各段的壓力不一樣，它們流過換熱面時，在同一個部位壓力高與壓力低的流體往復通過，使滯流層在壓力高時被壓縮，而在流體壓力低時又由於滯流層本身的高壓力而從管壁炸開，最終達到減小熱阻，提高傳熱係數。
本發明所述提高間壁式換熱器傳熱係數的方法，在不改變間壁式換熱器本身結構基礎上，通過在換熱器入口管路上或其內部連接有脈動發生器，使流體從平流變為紊流脈動的狀態進入間壁式換熱器內，使流體產生脈動，它不僅結構簡單，而且可增加流體的湍動及擾動，減薄流體的滯流層和熱阻，提高間壁式換熱器的傳熱係數和傳熱效率。
圖1是本發明的連接關係示意圖。
圖2至圖5是流體經過脈動發生器進入間壁式換熱器的四種不同的流動狀態圖。
在圖中，1、流體I 2、自動控制系統3、流體II 4、緩衝槽I 5、壓力平衡系統 6、下道工序 7、間壁式換熱器8、脈動發生器9、緩衝槽II 10、氣源。
具體實施方式
圖1為應用在回收廢水中氯化銨的三效蒸發器系統的各部份連接關係結構圖，氯化銨原料的換熱器結構形式沒做任何改動，管程是含15%氯化銨的鹽水原液，殼程是三效蒸發器的冷凝水，在液-液換熱的情況下，進入間壁式換熱器7的流體I 1和流體II 3 (均為鹽水原液)以平流狀態分兩路分別進入脈動發生器8中，脈動發生器連接在間壁式換熱器入口管路上，脈動發生器與自動控制系統2相連，自動控制系統控制氣源10與脈動發生器的通斷，即自動控制系統以一定時間間隔間隔向脈動發生器內通入空氣，其時間間隔可相同或不同，自動控制系統除控制氣源間隔進入脈動發生器中外，還控制進入脈動發生器的壓力，使氣源以相同壓力和相同時間間隔形式進入脈動發生器，使脈動發生器中的流體產生如圖1所示的紊流脈動；或以不同時間間隔和相同壓力的形式進入脈動發生器，使脈動發生器中的流體產生如圖2所示的紊流脈動；或控制氣源以相同時間間隔和壓力一大一小變化的交錯形式將氣源通入脈動發生器，使脈動發生器中的流體產生如圖4所示的紊流脈動；或以相同時間間隔和壓力大、中、小變化的交錯形式將氣源通入脈動發生器，使脈動發生器中的流體產生如圖5所示的紊流脈動。當然根據流體的流速、流量和流壓等具體內容， 通過自動控制系統的設定，可使氣源以其它間隔時間和壓力變化的形式進入脈動發生器。 不管哪種形式，最終都能使脈動發生器內流體產生紊流脈動，只不過是脈種方式有不同。脈動發生器中的膜片在壓力和頻率發生變化的氣源作用下產生振動，使與膜片相連的傳動杆往復運動，傳動杆帶動活塞在流體橫截面上作往復運動，從而可使流體流動橫斷面積產生變化，使從脈動發生器一端流體入口進入的平流流體變成紊流從脈動發生器另一端流體出口流出，其中一管路中的流體I 1通過脈動發生器後進入間壁式換熱器，再從間壁式換熱器中流入到緩衝槽II 9中，另一管路中流體II 3通過脈動發生器後進入間壁式換熱器，再從間壁式換熱器中流入到緩衝槽I 4中，緩衝槽II和緩衝槽I均與壓力平衡系統5相連，從緩衝槽I 4和緩衝槽II 9流出的流體以平流狀況進入下道工序6中。
權利要求
1.可提高間壁式換熱器傳熱係數的方法，其特徵在於在間壁式換熱器(7)入口管路上或其內部連接有脈動發生器(8)，通過自動化控制系統(2)控制進入脈動發生器氣體的通斷和進入脈動發生器氣體的頻率和壓力變化，從而改變脈動發生器的工作振幅和頻率， 使流經脈動發生器的流體產生局部截面積的變化，使進入間壁式換熱器的流體產生紊流脈動，從而增加間壁式換熱器內流體的擾動、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係數。
2.根據權利要求1所述的可提高間壁式換熱器傳熱係數的方法，其特徵在於在靠近間壁式換熱器的流出管路上連接有緩衝槽。
全文摘要
本發明公開了可提高間壁式換熱器傳熱係數的方法，在間壁式換熱器入口管路上或其內部連接有脈動發生器，通過自動化控制系統控制進入脈動發生器氣體的通斷和進入脈動發生器氣體的頻率和壓力變化，改變脈動發生器的工作振幅和頻率，使流經脈動發生器的流體產生局部截面積的變化，使進入換熱器的流體產生紊流脈動，從而增加換熱器內流體的擾動、傳熱梯度和速率，減薄換熱器內流體的滯流層，提高間壁式換熱器的傳熱係數。本發明在不改變間壁式換熱器本身的結構基礎上，通過在換熱器入口管路上或其內部連接脈動發生器，使流體從平流變為紊流進入間壁式換熱器內，它不僅結構簡單，且可增加流體的湍動及擾動，減薄流體的滯流層和熱阻，提高間壁式換熱器的傳熱係數。
文檔編號F28F13/10GK102506604SQ201110348998
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者姚光純, 徐德懿 申請人:姚光純