[发明专利]脉动流强化传热换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器，具体的是涉及一种利用脉动流发生器产生压力脉动流以强化传热的脉动流强化传热换热器。

背景技术

目前工业生产中，各类换热器被广泛应用来进行热交换，其中以管壳式换热器应用最为普遍。为了提高换热器的换热系数，科技工作者们从表面结构强化、插入物扰动强化、振动强化、电场强化等多个方面展开了研究，此类强化目前以结构强化技术应用最为广泛，插入物强化主要以插入丝带扰动为主，流体流动以恒压流(俗称平流)为主，如何利用有规律的流体压力脉动来增强传热效果的研究并不多，也未见提出具体有效的结构形式。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种脉动流强化传热换热器，其能够有效地利用流动压力脉动变化增强扰动以强化传热，同时具有扰动除垢的作用。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：脉动流强化传热换热器，包括有壳体、上下封头、管板和换热管，所述的壳体的两端分别经由管板与上下封头相连接，换热管的上下两端分别固定在管板上，其特征在于设置在壳体上的壳程入口与一个脉动流发生器出口相连接，设置在封头上的管程入口则与另一个脉动流发生器出口相连。

按上述方案，所述的换热管为长圆管换热管，长圆管换热管入水口端面上安置有弹簧悬架，激振弹簧一端悬挂在弹簧悬架上，激振弹簧另一端属自由端且摆放在长圆管换热管的出水口附近。

按上述方案，所述的换热管为波节管换热管，波节管换热管入水口端面与出水口端面上分别安置有弹簧悬架，波节式激振弹簧的两端则分别悬挂在两个弹簧悬架上，且波节式激振弹簧的波节距等于波节管换热管的波节距。

按上述方案，所述的激振弹簧的共振频率与脉动流发生器所产生的脉动流压力脉动频率一致或趋于一致。

按上述方案，所述的波节式激振弹簧的共振频率与脉动流发生器所产生的脉动流压力脉动频率一致或趋于一致。

本发明工作原理是：对壳程而言，壳程入口处的脉动流发生器输出压力脉动流，直接流入壳程中后，流体压力的脉动变化必然导致壳程中流体湍流化增强，从而使传热得到强化，同时流体压力的脉动变化对于壳体内壁面的垢层产生剥蚀作用，达到抑垢和除垢的效果；对管程而言，管程入口处的脉动流发生器输出压力脉动流经由封头流入各个换热管中后，一方面流体压力的脉动变化直接导致管程中流体湍流化增强，达到强化传热、抑垢及除垢目的，另一方面，对于安装了激振弹簧或波节式激振弹簧的换热管，流体压力的脉动还会诱导弹簧发生共振或趋于共振，弹簧的振动作用于管程流体形成二次扰动可进一步增强管程中流体的湍流化程度，换热得到进一步强化，除垢和抑垢效果将更加明显。

本发明主要优点在于：

在普通管壳式换热器上通过管道接头接入两个脉动流发生器、在换热管内悬挂激振弹簧等简单结构形式的改进，即可实现换热器的良好强化传热、抑垢、除垢效果，结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为加装有激振弹簧的脉动流强化传热换热器的结构示意图。

图3为图2中换热管A向放大视图。

图4为加装有波节式激振弹簧的脉动流强化传热换热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

在图1中，脉动流强化传热换热器主要由壳体5、上下封头(6、12)、管板8、换热管3、脉动流发生器(1、11)等组成，其中壳体5的两端分别经由管板8与上下封头(6、12)相连接，换热管的上下两端分别固定在管板上，设置在壳体上的壳程入口2与一个脉动流发生器1出口相连接，设置在封头6上的管程入口7则与另一个脉动流发生器11出口相连。通过泵输送的恒压壳程流体、管程流体首先进入各自的脉动流发生器，如图中箭头方向所示，被转化成压力脉动流后流出，再分别流进壳程入口2、管程入口7。一般情况下脉动流强化传热换热器的换热管3采用普通的长圆管形式。

为了更好地发挥脉动流发生器所产生的脉动流强化传热效果，如图2-3中所示，在长圆管换热管3中加装激振弹簧4，具体安装方法是，长圆管换热管3入水口端面上安置一个弹簧悬架13，激振弹簧4一端悬挂在弹簧悬架上，激振弹簧4另一端属自由端且摆放在换热管3的出水口附近，激振弹簧4的共振频率与脉动流发生器11所产生的脉动流压力脉动频率保持一致或趋于一致，以期使得激振弹簧4达到良好的共振效果，从而取得更好的扰动强化传热和除垢目的。