CN205537281U - 螺旋槽孔板换热器 - Google Patents
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Abstract
一种螺旋槽孔板换热器，涉及换热、制冷等技术领域。该螺旋槽孔板换热器的特征在于：上述螺旋槽孔板（3）的槽孔的棱线为螺旋形棱线；在压降允许的范围内，螺旋槽孔板（3）的厚度尽量厚，但不超过上述螺旋形棱线波长的1/4。本实用新型突破了传统孔板式换热器在设计时仅围绕孔形状进行改进的禁锢，经实验发现，螺旋槽孔对流体的换热效果远好于普通的孔板对流体的影响，换热效果大大加强，可广泛应用于航空、化工、石油等行业。
Description
技术领域
本实用新型涉及换热、冷凝、制冷空调机械设备技术领域，尤其涉及一种螺旋槽孔板换热器。
背景技术
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备是化工、石油、动力、航空航天及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。目前槽孔纵流式换热器由于其结构简单可靠、换热效率高、压降小等优点，在许多场合已经替代了传统的弓形板式换热器。槽孔纵流换热器是通过槽孔形状进行分类的，不同形状的槽孔代表不同的类型的槽孔纵流式换热器，诸如梅花型孔板槽孔换热器、矩形孔板槽孔换热器。但并未有研究者将目光置于孔槽上面。而我们通过实验也发现，不同的孔槽也会对换热效率产生巨大的影响。因此，不仅是孔形，通过改变孔槽槽孔纵流换热器也可以得到较大换热效率的提升。
实用新型内容
本实用新型的目的提供一种热交换效率更高的螺旋槽孔板换热器及其换热方法。
一种螺旋槽孔板换热器，包括壳程管箱，在壳程管箱中安装有螺旋槽孔板，换热管安装于槽孔板的槽孔的中心；换热管的两端分别与第一管程管箱、第二管程管箱相连；其特征在于：上述槽孔板的槽孔的棱线为螺旋形棱线；依据对换热器的设计参数要求范围，选择螺旋形棱线的波长，然后确定槽板的厚度；螺旋槽孔板的厚度尽量厚，但不超过上述螺旋形棱线波长的1/4。换热器的设计参数具体包括换热器内部的传热系数、换热面积、压力降等参数。
所述的螺旋槽孔板换热器的换热方法，其特征在于包括以下过程：管程流体由第一管程管箱的入口进入，由第二管程管箱的出口排出；而壳程流体由管箱入口流入，壳程流体在经过槽孔板时，由于槽孔棱线为螺旋形棱线，所以产生多股高速螺旋射流，与管程流体进行换热，最后经管箱出口流出。
所述的螺旋槽孔板换热器，其特征在于：上述槽孔板上的槽孔外形为梅花形，或矩形，或星形。
本实用新型结构设计合理，外形新颖，便于生产，具有良好的热交换能力，提高了热交换效率，可广泛应用于化工、航空等领域。
附图说明
图1是该换热器的正二侧视图；
图2是该换热器的槽孔板视图；
图3是当雷诺数为5000时，螺旋线波长为60mm的螺旋槽孔板换热器的流场流线图；
图4是当雷诺数为5000时，螺旋线波长为60mm的传统槽孔板换热器的流场流线图；
图5是不同的螺旋槽螺旋线波长下，壳程流体的对流换热系数随雷诺数的变化曲线图；
图6是螺旋槽螺旋线波长为60mm时，在螺旋槽孔板的不同厚度下，壳程流体的对流换热系数以及压降随雷诺数的变化曲线图；
图7是Re数为5000时，孔板厚度为3mm与8mm在相同位置处的流场对比图；
图中标号名称：1.第一管程管箱，2.换热管，3.螺旋槽孔板，4.壳程管箱，5.第二管程管箱。
具体实施方式
如图所示，为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：它是由法兰，支座，边侧管箱，换热管，螺旋槽孔板，管箱组成；管程流体由边侧管箱1进入，由边侧管箱2排出，而壳程流体由管箱入口流入，与换热管中的管程流体进行换热，并且流过多个螺旋槽孔板增强扰动，换热效果增强，最后经壳体出口流出。所述的大管箱采用不锈钢材质制成，具有耐磨耐腐蚀的作用。
实验验证
数值模拟实验的方法是一种较为成熟的研究流体流动及传热的方法，许多研究机构都采用数值模拟实验来对换热器的性能进行验证比较。通过数值模拟实验的方法，验证得到的螺旋槽孔板换热器，相比传统的槽孔板换热器具有较强的换 热效果。在保持换热器进口温度及换热管壁温度不变的条件下，模拟了五组不同壳程雷诺数下两型换热器的壳程流动与换热。为了便于进行模拟求解，对换热器模型边界条件进行了适当简化。模型进口为速度进口，温度为360K。出口设定为压力出口，出口表压为0Pa，参考压力1atm。换热管外壁面温度为300K的恒温光滑静止壁面，其余壁面均设定为绝热的光滑静止壁面。
得到结果如图3、4所示。图3图4分别为当雷诺数为5000时，螺旋线波长为60mm的螺旋槽孔板换热器与传统槽孔板换热器的流场流线图。由两图比较可以看出，在槽孔处由于流道面积突然减小，流体流速增大，产生射流效应，射流冲刷换热管壁破坏边界层，强化壳程换热。而且由于螺旋流道的导流作用，在两孔板之间的区域的流体整体呈螺旋状流动，螺旋流动会产生作用在流体上的离心力。在离心力的作用下周期的改变速度方向,从而加强了流体的纵向混合，亦对壳程换热也起到强化作用。
图5是不同的螺旋槽螺旋线波长下，壳程流体的对流换热系数随雷诺数的变化曲线图。此时的槽孔板厚度为8mm。由图可知，随着螺旋槽螺旋线波长的减小，相同雷诺数下的平均对流换热系数均有增加；在雷诺数为2000时，当螺旋线波长为60mm与80mm时换热器平均对流换热系数相差6.75％，螺旋线波长为80mm与120mm的换热器平均对流换热系数相差6.51％；当雷诺数为20000时，当螺旋线波长为60mm与80mm时换热器平均对流换热系数相差6.81％，螺旋线波长为80mm与120mm的换热器平均对流换热系数相差6.86％。
图6时螺旋槽螺旋线波长为60mm时，在螺旋槽孔板的不同厚度下，壳程流体的对流换热系数以及压降随雷诺数的变化曲线图。随着螺旋槽孔板的厚度增加，壳程流体的对流换热系数增大，但同时压降也会增大。这是由于随着螺旋槽孔板的厚度增加，流体在螺旋槽孔内受到的阻力做功更多，能量损失更多，因而压降增大，进而导致流体速度降低，流体的轴向速度降低，所以流场流线更加密实，扰动更加强烈，所以壳程流体的对流换热系数更强。如图7所示，图7为Re数为5000时，孔板厚度为3mm与8mm在相同位置处的流场对比图。所以在压降允许的范围内，应选择较厚的螺旋槽孔板。但是由于材料成本原因，所选择的螺旋槽孔板厚度一般不要超过槽孔棱线波长的1/4。
Claims (2)
1.一种螺旋槽孔板换热器， 包括壳程管箱（4），在壳程管箱（4）中安装有螺旋槽孔板（3），换热管（2）安装于槽孔板（3）的槽孔的中心；换热管（2）的两端分别与第一管程管箱（1）、第二管程管箱（5）相连；
其特征在于：
上述槽孔板（3）的槽孔的棱线为螺旋形棱线；依据对换热器的设计参数要求范围，选择螺旋形棱线的波长，然后确定槽板的厚度；螺旋槽孔板（3）的厚度尽量厚，但不超过上述螺旋形棱线波长的1/4。
2.根据权利要求1所述的螺旋槽孔板换热器，其特征在于：上述槽孔板上的槽孔外形为梅花形，或矩形，或星形。
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Cited By (2)
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| CN105737650A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-06 | 南京航空航天大学 | 螺旋槽孔板换热器及其换热方法 |
| CN108955319A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-07 | 江苏远卓设备制造有限公司 | 一种箱式换热器 |
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