一種基于縱向渦的h型鰭片管省煤器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，包括若干個依次排列H型鰭片，所述鰭片均垂直焊接到鰭片管上，每個所述鰭片的來流方向的部分金屬形成若干向上翻起的翼片，所述翼片與鰭片表面來流方向形成沖角；當(dāng)流體流過設(shè)有翼片的鰭片管通道時會產(chǎn)生一系列的縱向渦，在縱向渦的作用下，流體有了垂直于主流方向的分速度，該分速度加速了主流區(qū)與鰭片的傳熱壁面附近流體的混合，促進(jìn)鰭片傳熱壁面附近流體和主體區(qū)流體的動量和能量的交換，使得邊界層減薄或被破壞，減小了傳熱熱阻，提高了對流傳熱系數(shù)。
【專利說明】—種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器作為不同溫度流體介質(zhì)進(jìn)行熱量交換而實現(xiàn)加熱或冷卻目的的通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個部門。換熱器性能的好壞、傳熱系數(shù)的高低直接關(guān)系到能源的利用效率。應(yīng)用強化傳熱技術(shù)，提高換熱器傳熱效能，減少換熱器金屬消耗量和初投資，降低換熱器運行能耗，對實現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]作為一種高效緊湊的強化傳熱元件，鰭片管獲得了普遍的工業(yè)應(yīng)用。大到火力發(fā)電廠的省煤器管束，小到冷卻計算機芯片的熱管散熱器，以鰭片管為主要換熱元件的換熱器廣泛應(yīng)用于電力、化工、制冷、電子器件冷卻等領(lǐng)域。通過在鰭片上加工出突起的翼片一縱向渦發(fā)生器，換熱流體流過鰭片表面，在縱向渦發(fā)生器尾部會產(chǎn)生一系列縱向渦，這些縱向渦加強了傳熱壁面附近流體和主流區(qū)流體的動量能量交換，通過改變二次流的分布及速度場與溫度場的協(xié)同性來強化換熱?？v向渦發(fā)生器作為一種無源強化換熱方式，能以相對較小的阻力損失獲得較大的強化傳熱效果，成為研究熱點之一。
[0004]隨著國家環(huán)保政策的嚴(yán)格落實，電站鍋爐煙氣脫銷改造已成為大型火電機組的必修課。而在實際執(zhí)行過程中，火電企業(yè)面對的技術(shù)難題之一即為省煤器后煙溫過高，超出了脫銷催化劑的反應(yīng)溫度，使之無法產(chǎn)生作用。解決該難題的最好辦法就是提高省煤器的整體傳熱性能，增大熱交換量，降低其熱交換過后的煙氣溫度。因此，采用一些新的強化傳熱技術(shù)來提高省煤器傳熱元件的換熱特性對于機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，使之在相同空間及相同金屬用量的前提下提高省煤器的換熱總量，降低排煙溫度。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，包括若干個依次排列H型鰭片，所述H型鰭片均垂直焊接到鰭片管上，每個所述H型鰭片的來流方向的部分金屬形成若干向上翻起的翼片，所述翼片與H型鰭片表面來流方向形成沖角；當(dāng)流體流過設(shè)有翼片的鰭片管通道時會產(chǎn)生一系列的縱向渦，在縱向渦的作用下，流體有了垂直于主流方向的分速度，該分速度加速了主流區(qū)與H型鰭片的傳熱壁面附近流體的混合，促進(jìn)H型鰭片傳熱壁面附近流體和主體區(qū)流體的動量和能量的交換，使得邊界層減薄或被破壞，減小了傳熱熱阻，提高了對流傳熱系數(shù)。
[0008]所述沖角的角度為30° -60°。
[0009]每個所述H型鰭片的翼片個數(shù)為2-4個。
[0010]至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右上角。
[0011]至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右下角。[0012]至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右上角。
[0013]至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右下角。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015]I本發(fā)明可以改變翼片后方二次流的分布及速度場與溫度場的協(xié)同性，顯著提高鰭片傳熱壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；
[0016]2本發(fā)明可以在相同空間及相同金屬用量的前提下提高省煤器的換熱總量，降低排煙溫度，節(jié)能效果顯著；
[0017]3本發(fā)明可以在鰭片表面形成縱向渦，減少積灰，提高相關(guān)設(shè)備運行的可靠性；
[0018]4本發(fā)明加工工藝簡單，生產(chǎn)效率高，制造成本與優(yōu)化前相當(dāng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為鰭片管鰭片管省煤器物理模型切片圖；
[0020]圖2為平直鰭片及不同沖角鰭片的傳熱特性對比圖；
[0021]圖3為平直鰭片及不同沖角鰭片的阻力特性對比圖；
[0022]圖4為平直鰭片及不同沖角鰭片的綜合傳熱性能PEC值對比圖；
[0023]圖5為優(yōu)化后(帶有翼片)鰭片管管外Y向速度場分布圖；
[0024]圖6為平直鰭片管管外Y向速度場分布圖；
[0025]圖7為優(yōu)化后(帶有翼片)鰭片管外溫度場分布圖；
[0026]圖8為平直鰭片管外溫度場分布圖；
[0027]圖9為平直鰭片及β=30°沖角鰭片在不同管內(nèi)流速下傳熱特性試驗結(jié)果對比圖；
[0028]圖10為平直鰭片及β=30°沖角鰭片在不同管內(nèi)流速下阻力特性試驗結(jié)果對比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，包括若干個依次排列H型鰭片，所述H型鰭片均垂直焊接到鰭片管上，每個所述H型鰭片的來流方向的部分金屬形成若干向上翻起的翼片，所述翼片與H型鰭片表面來流方向形成沖角；當(dāng)流體流過設(shè)有翼片的鰭片管通道時會產(chǎn)生一系列的縱向渦，在縱向渦的作用下，流體有了垂直于主流方向的分速度，該分速度加速了主流區(qū)與H型鰭片的傳熱壁面附近流體的混合，流體混合后經(jīng)過H型鰭片傳熱壁面，促進(jìn)H型鰭片傳熱壁面附近流體和主體區(qū)流體的動量和能量的交換，使得邊界層減薄或被破壞，減小了傳熱熱阻，提高了對流傳熱系數(shù)。
[0031]所述沖角的角度為30° -60°。
[0032]每個所述H型鰭片的翼片個數(shù)為2-4個。
[0033]實施例1:至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右上角。
[0034]實施例2:至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右下角。
[0035]實施例3:至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右上角。
[0036]實施例4:至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右下角。[0037]經(jīng)典理論認(rèn)為縱向渦強化對流換熱的機理為:
[0038]當(dāng)粘性流體流過放置平直鰭片管的通道時，流體在垂直于主流的方向上幾乎沒有分速度，故而在壁面法向方向上只能依靠分子的宏觀粘性和熱傳導(dǎo)，這樣動量與能量的交換很弱。而當(dāng)粘性流體流過放置帶有翼片的鰭片管通道時，在縱向渦等二次流動作用下，流體有了垂直于主流方向的分速度，該分速度加速了主流區(qū)與傳熱壁面附近流體的混合，促進(jìn)了兩者之間的動量與能量的交換，使得邊界層減薄或被破壞，減小了傳熱熱阻，有效提高了對流傳熱系數(shù)。
[0039]場協(xié)同理論認(rèn)為縱向渦強化對流換熱的機理為:
[0040]過增元院士從流場和溫度場相互配合的角度重新審視對流換熱物理機制，在此基礎(chǔ)上提出了換熱強化的場協(xié)同原則，揭示了現(xiàn)有各種對流換熱和強化傳熱現(xiàn)象的物理本質(zhì)。
[0041]以二維層流邊界層/通道流模型為例對場協(xié)同原理進(jìn)行了闡釋，最終推導(dǎo)方程為
【權(quán)利要求】
1.一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，包括若干個依次排列H型鰭片，所述H型鰭片均垂直焊接到鰭片管上，每個所述H型鰭片的來流方向的部分金屬形成若干向上翻起的翼片，所述翼片與H型鰭片表面來流方向形成沖角，使得流體流過鰭片管通道時會產(chǎn)生一系列的縱向渦，在縱向渦的作用下，流體有了垂直于主流方向的分速度，該分速度加速了主流區(qū)與H型鰭片的傳熱壁面附近流體的混合，促進(jìn)H型鰭片傳熱壁面附近流體和主體區(qū)流體的動量和能量的交換，使得邊界層減薄或被破壞，減小了傳熱熱阻，提高了對流傳熱系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，所述沖角的角度為 30° -60。。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，每個所述H型鰭片的翼片個數(shù)為2-4個。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右上角。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左上角和右下角。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右上角。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于縱向渦的H型鰭片管省煤器，其特征是，至少2個所述翼片分別分布在H型鰭片的左下角和右下角。
【文檔編號】F22D1/00GK103557513SQ201310545617
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】姜波, 郝衛(wèi)東, 胡志宏, 劉福國, 王家新 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山東電力研究院