[发明专利]一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构

说明书

本发明公开一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构，其包括由两根通道以任意角度相交连接的枝型结构，所述枝型通道内存在两股冷热流体发生掺混，所述枝型通道内支管射流区安装有射流扰动空心固体，用于减小支管射流对主管管壁的冲击；所述枝型通道内流体掺混区域阵列安装有掺混扰动空心固体，用于均匀增强掺混区冷热流体混合，所述两种空心固体为高导热性材料构成且内填充有相变介质，利用相变介质的相变过程对冷流体加热，对热流体冷却，从而抑制温度场的脉动，所述相变介质内添加有高导热性材料，用于强化相变材料的传热，从而约束枝型通道内流体掺混过程中的脉动现象，在不明显增加流动阻力的基础上，改善枝型通道由于流体掺混所造成的疲劳损伤问题。

技术领域：

本发明涉及通道管路疲劳损伤防护技术领域，特别是涉及枝型通道内冷热流体掺混产生疲劳损伤的抑制的结构与方法。

技术背景：

动力装置作为核电厂、热电厂、石油化工、暖通空调与液化天然气工业的能量来源与动力核心，其管路系统极其庞大且错综复杂，并存在大量枝型通道，供不同性质的流体进行联接、混合、反应等。现有枝型通道多数由两根通道通过一定角度相交连接，其界面多为圆形或矩形等形状。而枝型通道内不同性质的冷热流体发生剧烈掺混，形成明显的热分层现象以及极不均匀的速度场、压力场与温度场，造成枝型通道壁面长期受到上述三种非定常的、极不均匀的物理场所形成的冲击应力、压应力和热应力作用，使得所述枝型通道掺混区域的管壁极易产生裂纹、穿透等疲劳损伤，进而导致通道发生泄露事故，严重影响装置的安全和稳定的运行。

专利CN101598258B所公开的一种T型管道冷热流体混合过程中降低热疲劳的装置和方法将多孔介质添加入T型管道冷热流体混合区域，利用多孔介质对流体流动较好的湍流增强作用与多孔介质较高的导热性能，对T型管道冷热流体混合区域的速度波动与温度波动起到抑制效果，从而改善T型管道热疲劳损伤的产生与发展。但是，多孔介质的添加使得T型通道内流体的流动压力损失十分巨大，加入多孔介质后T型通道掺混区域内轴向压降可达不添加多孔介质时的87倍左右。

发明内容：

本发明针对现有技术中枝型通道混合区域极易产生因冷热流体剧烈掺混所带来的疲劳损伤问题，提供一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构。本发明应用于流体掺混的枝型通道，将有效地约束并降低枝型通道内冷热流体掺混所造成的速度场波动、压力场波动及温度场波动，从而显著地减少和抑制枝型通道管壁疲劳损伤的产生与发展。

本发明为了解决上述现有技术问题所采取的技术方案是：

提供一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构，包括两根通道以任意角度相交连接的枝型结构。其中，所述枝型通道内两股冷热流体发生掺混。所述枝型通道支管射流区域安装有射流扰动空心固体，对支管射流进行第一次扰动，利用上述空心固体对于支管射流较强的扰动作用，减小支管射流对于主管管壁的冲击并降低支管射流带来的巨大速度与温度波动。所述枝型通道冷热流体掺混区域内以叉排或顺排等方式阵列安装有掺混扰动空心固体，利用所述阵列安装的空心固体对掺混流体进行第二次扰动，干扰热分层现象的形成，均匀增强掺混流体内部的流动传热，从而提高冷热流体混合区域的温度均匀性。所述两种空心固体由高导热性材料构成且内部填充有相变介质，所述相变介质的平均相变温度低于发生掺混的热流体的温度，所述相变介质的平均相变温度高于发生掺混的冷流体温度，利用相变介质发生相变吸收热流体热量以加热冷流体，降低掺混流体的温度不均匀性。所述掺混扰动空心固体内相变介质的相变温度的变更可通过更换流体掺混区域来进行改变，从而保证相变介质的相变温度处于冷热流体温度之间。所述相变介质内添加有至少一种高导热性材料，所述高导热性材料的导热系数高于所述相变介质的导热系数，用于提高相变介质的传热性能。

因为枝型通道内冷热流体混合剧烈，而且扰流空心固体为高导热性材料构成，同时相变介质内部亦加入有高热性材料，所以热流体与扰流空心固体之间的换热强烈。所以，通过以上措施，即使热流体与扰流空心固体的接触时间较短，二者之间也可以产生较强的换热过程，从而保证部分相变材料熔化并之后对冷流体放热，以减少枝型通道内部冷热混合流体的热波动现象，进而减少枝型通道壁面的温度脉动，最终抑制枝型通道的疲劳损伤。