[发明专利]利用介质剪切力提高换热器传热系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用介质（流体）剪切力来提高换热器传热系数的方法。

背景技术

换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。在炼油、化工行业的各种装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,由此带来了显著的经济效益。目前, 90%以上的换热器是间壁式换热器，从传热本质来说提高传热系数是根本，所以长期以来，人们希望间壁式换热器能达到比较高的传热系数，从而获得一种理想型换热器，为节约能源及环境保护作出贡献。至今为止，如何来提高换热器的传热系数，从改变流体状态方面进行研究的有很多，但大多数都是从改变间壁式换热器的本身结构来改善换热器内流体的流动状态，如管壳式换热器研究进展中提到的刺孔膜片管、螺旋扁管、变截面管，CN101566437A将列管制成复合套管双螺旋结构，以及CN101226041A中加一螺旋的搅拌器，打破了层流时的温度梯度传播方式，但他们结构都比较复杂，还有从改变壳程的流体流动方式的CN2802425Y，或是改变壳程折流板的形式。这些都或多或少的提高了换热器的传热效率，但是都存在各种各样的问题，比如对物料要求高、清洗困难、结构复杂。

发明内容

针对上述现有技术中提高换热器传热系数所存在的问题，本发明从影响流体热阻值，导致换热器传热系统较低的主要因素流体滞流层和垢层着手，提出了利用介质剪切力使换热面产生振动来破坏流体滞流层、剥离垢层，降低流体热阻值，提高换热器传热系数的方法。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：在换热器的入口前设置有可使换热器整个流道内流体介质产生脉动流动的脉动发生器，通过调节脉动发生器，使两流体脉动的频率发生变化，使换热面两侧流体脉动的波形相互错开到其波峰和波峰、波谷和波谷分别在换热面上一点均相对应，使流体脉动而产生剪切力，换热面受到剪切力作用发生振动，换热面振动破坏流体滞流层和剥离垢层，降低流体热阻值，从而提高换热器传热系数。

  本发明通过调节脉动发生器，使换热面两侧流体脉动的频率发生变化，使换热面两侧流体脉动的波形相互错开到波峰和波峰、波谷和波谷分别在换热面上一点均相对应，使流体脉动而产生剪切力，换热面受到流体脉动剪切力发生振动，由于换热面振动使流体滞流层破坏和垢层剥离，降低流体热阻值，因而可显著地改善换热器传热条件，提高换热器传热系数。本发明提高换热器传热系数的方法不需要改变换热器本身结构，只需要适当调节脉动发生器，就可使换热面受到流体介质产生的剪切力作用而发生振动，本发明不仅可提高换热器传热系数，而且结构简单，适用性强，操作维护方便。

附图说明

图1是通过脉动发生器后换热器两侧的流体脉动波形图，

图2是调节脉动发生器后换热器两侧流体脉动波形图，

图3是调节脉动发生器后波峰和波谷正好全部错开时的换热器两侧流体脉动波形图，

图4是换热面受剪切力作用的受力图。

在图中，1、换热面  2、A点垂直面   3、B点垂直面   4、波峰   5、波谷。

具体实施方式

在图1、图2、图3和图4中，换热器（间壁式）入口前设置有脉动发生器，如图1所示，脉动发生器使换热器整个流道内换热面1两侧的流体（介质）产生脉动方向相反但波峰4和波谷5在换热面上同一点相对应的脉动流动，换热面上侧的流体介质向右脉动，换热面下侧的流体介质向左脉动，换热面上侧流体脉动的波谷5和下侧流体脉动的波峰4在换热面上的A点垂直面2上相对应，换热面上侧流体脉动的波峰4和下侧流体脉动的波谷5在换热面上的B点垂直面3上相对应，在两流体脉动过程中，由于振幅相同，此时换热面任何一点上受到的剪切力合力为零，换热面呈水平面状。如图2所示，调节脉动发生器，使两流体脉动的频率发生变化，使换热面两侧的流体脉动的波形相互错开一个角度，换热面上侧流体的波谷5和下侧流体的波峰4在换热面上的A点垂直面2上不对应，换热面上侧流体脉动的波峰4和下侧流体脉动的波谷5在换热面上的B点垂直面3上不对应，此时在两流体在脉动过程中产生了剪切力，换热面任何一点上受到的剪切力合力不为零，换热面上各点会受到剪切力作用，从而使换热面产生振动。如图3所示，当调节脉动发生器，使换热面两侧的流体脉动的波形正好成90度相位角相互错开时，换热面上侧流体脉动的波谷5和下侧流体脉动的波谷5正好在换热面上的A点垂直面2上相对应，换热面上侧流体脉动的波峰4和下侧流体脉动的波峰4正好在换热面上的B点垂直面3上相对应，即换热面上侧的波蜂（波谷）和下侧的波峰（波谷）正好在换热面上同一点相对应。如图4所示，此时波峰所在对应点的换热面上受到的剪切力最大，换热面振动频率最大，由于换热面振动，破坏了流体滞流层和剥离垢层，降低了流体热阻值，从而可提高换热器传热系数。