[发明专利]可调式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工作原理来产生压力脉动流，用以强化传热的可调式脉动流强化传热换热器。

背景技术

工业生产中，因热能传递、交换、转换及控制等需要，换热器被大量采用，其中又以管壳式换热器应用最为普遍。为了提高强化换热系数，国内外科技工作者从管内插入旋流原件、振动强化传热、电场强化传热以及改变换热管形状等多个方面进行了研究。此类强化目前以结构强化技术应用最为广泛，插入旋流原件主要以插入丝带和弹簧以带动流体扰动为主，流体均以恒压流动为主。如何应用有规律的流体压力脉动来增强传热效果的研究并不多，也没有提出有效的结构形式。

发明内容

本发明所要解决的主要问题都是基于上述现有技术而提出一种可调式脉动流强化传热换热器，其能够调节脉动流的振幅和频率，通过振幅和频率的变化，能够有效的利用回转阀的工作原理增强流体扰动而起到强化传热和除垢的效果。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：可调式脉动流强化传热换热器，包括有壳体、封头、管板和换热管，壳体两端分别由管板与两侧封头相连接，换热管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一侧封头上的管程入口连接有多通道可调脉动流发生装置，通过调节多通道可调脉动流发生装置的转速和其所在支路的流量来调节其振幅和频率，所述的多通道可调脉动流发生装置包括有水箱、输出支路Ⅰ、输出支路Ⅱ、旁路Ⅲ和主路Ⅳ，

其中，所述的输出支路Ⅰ包括第一调频管道泵和第一截止阀，第一截止阀的一端与水箱连接，另一端与第一调频管道泵相连，第一调频管道泵用于输出恒压流体，第一截止阀用于调节输出支路Ⅰ输出流量大小，输出压力恒定的流体；

所述的输出支路Ⅱ包括第二调频管道泵、第二截止阀、脉动扰流装置和止回阀，第二截止阀的一端与水箱连接，另一端与第二调频管道泵相连，第二调频管道泵用于输出恒压流体，第二截止阀用于调节输出支路Ⅱ输出流量大小，所述的脉动扰流装置和第二调频管道泵之间通过三通A的两接口相连，三通A的另一接口与旁路Ⅲ相连，止回阀与脉动扰流装置相连，用于防止输出支路Ⅰ中的流体进入输出支路Ⅱ；

所述的输出支路Ⅱ和输出支路Ⅰ通过三通B的两接口相连，三通B的另一接口与主路Ⅳ相连，输出支路Ⅰ和输出支路Ⅱ的流体通入主路，输出脉动流。

按上述方案，所述脉动扰流装置由调频电机和叶片式阀门连接而成，调频电机用于调节输出支路Ⅱ的脉动频率，调频电机的转速为脉动频率的1/2。通过调频电机控制叶片旋转速度，叶片可连续旋转，旋转过程中对阀门通道实现“渐开—渐关—渐开”的改变，从而输出脉动流体，调频电机的转速可调，通过此调节脉动频率。

按上述方案，所述旁路Ⅲ中包括有一个截止阀，截止阀与水箱相连，用于调节旁路的脉动流流量。当输出支路Ⅱ中产生脉动流时，旁路Ⅲ中的流体同时发生脉动，并将这部分脉动流回流到水箱，实现对输出支路Ⅱ中脉动流的调节。

按上述方案，所述输出支路Ⅰ、输出支路Ⅱ、旁路Ⅲ和主路Ⅳ的管路各管口截面积相等。因此，主路Ⅳ中的流速为输出支路Ⅰ和输出支路Ⅱ的流速之和。

本发明的脉动流输出的流体流量和流体压力为周期性方波、周期性正弦波或周期性三角波特征，当输出的流体流量和流体压力为周期性方波特征时，安装在脉动扰流装置上的止回阀处于“全开或全关”两种状态；而当输出的流体流量和流体压力为周期性正弦波或周期性三角波特征时则需要安装在脉动扰流装置上的止回阀是处于“渐开—全开—渐关—全关”这种状态，以实现振幅和频率的调节。

本发明的脉动扰流装置的调频电机由于安装有调速模块以及在脉动扰流装置前安装有可调速的截止阀，所以可以实现流体流量和流体压力周期性正弦波或周期性三角波特征中的振幅A和频率n大小的变化。

本发明的工作原理是：对管程而言，管程入口处流量变化主要由脉动扰流装置输出压力脉动流，然后再加上另一条支路提供的流体平均流量来实现，当这两条支路的流体由封头流入各个换热管中后，流体压力的脉动变化就会导致管程中流体湍流化加强，从而使传热效果得到强化，同时由于流体压力的脉动变化对于靠近管层内壁面附近处产生漩涡，大大增强了流体的扰动，降低了边界层的厚度，同时流体压力的脉动变化对与壳程内壁面的污垢层能够产生剥蚀作用，从而能够达到抑垢和除垢的效果；对壳程而言，壳程入口处流量变化主要由脉动扰流装置输出压力脉动流后，流体压力的脉动变化直接会使壳程中流体湍流化增强，达到强化传热、抑垢和除垢的效果。