專利名稱：利用介質(zhì)剪切力提高換熱器傳熱系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種利用介質(zhì)(流體)剪切力來(lái)提高換熱器傳熱系數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)應(yīng)用普遍。在煉油、化工行業(yè)的各種裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%-45%。近年來(lái)隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，由此帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，90%以上的換熱器是間壁式換熱器，從傳熱本質(zhì)來(lái)說(shuō)提高傳熱系數(shù)是根本，所以長(zhǎng)期以來(lái)，人們希望間壁式換熱器能達(dá)到比較高的傳熱系數(shù)，從而獲得一種理想型換熱器，為節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。至今為止，如何來(lái)提高換熱器的傳熱系數(shù)，從改變流體狀態(tài)方面進(jìn)行研究的有很多，但大多數(shù)都是從改變間壁式換熱器的本身結(jié)構(gòu)來(lái)改善換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，如管殼式換熱器研究進(jìn)展中提到的刺孔膜片管、 螺旋扁管、變截面管，CN101566437A將列管制成復(fù)合套管雙螺旋結(jié)構(gòu)，以及CN101226041A 中加一螺旋的攪拌器，打破了層流時(shí)的溫度梯度傳播方式，但他們結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，還有從改變殼程的流體流動(dòng)方式的CN2802425Y，或是改變殼程折流板的形式。這些都或多或少的提高了換熱器的傳熱效率，但是都存在各種各樣的問(wèn)題，比如對(duì)物料要求高、清洗困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中提高換熱器傳熱系數(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明從影響流體熱阻值，導(dǎo)致?lián)Q熱器傳熱系統(tǒng)較低的主要因素流體滯流層和垢層著手，提出了利用介質(zhì)剪切力使換熱面產(chǎn)生振動(dòng)來(lái)破壞流體滯流層、剝離垢層，降低流體熱阻值，提高換熱器傳熱系數(shù)的方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是在換熱器的入口前設(shè)置有可使換熱器整個(gè)流道內(nèi)流體介質(zhì)產(chǎn)生脈動(dòng)流動(dòng)的脈動(dòng)發(fā)生器，通過(guò)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，使兩流體脈動(dòng)的頻率發(fā)生變化，使換熱面兩側(cè)流體脈動(dòng)的波形相互錯(cuò)開(kāi)到其波峰和波峰、波谷和波谷分別在換熱面上一點(diǎn)均相對(duì)應(yīng)，使流體脈動(dòng)而產(chǎn)生剪切力，換熱面受到剪切力作用發(fā)生振動(dòng)，換熱面振動(dòng)破壞流體滯流層和剝離垢層，降低流體熱阻值，從而提高換熱器傳熱系數(shù)。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，使換熱面兩側(cè)流體脈動(dòng)的頻率發(fā)生變化，使換熱面兩側(cè)流體脈動(dòng)的波形相互錯(cuò)開(kāi)到波峰和波峰、波谷和波谷分別在換熱面上一點(diǎn)均相對(duì)應(yīng)， 使流體脈動(dòng)而產(chǎn)生剪切力，換熱面受到流體脈動(dòng)剪切力發(fā)生振動(dòng)，由于換熱面振動(dòng)使流體滯流層破壞和垢層剝離，降低流體熱阻值，因而可顯著地改善換熱器傳熱條件，提高換熱器傳熱系數(shù)。本發(fā)明提高換熱器傳熱系數(shù)的方法不需要改變換熱器本身結(jié)構(gòu)，只需要適當(dāng)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，就可使換熱面受到流體介質(zhì)產(chǎn)生的剪切力作用而發(fā)生振動(dòng)，本發(fā)明不僅可提高換熱器傳熱系數(shù)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，操作維護(hù)方便。


圖1是通過(guò)脈動(dòng)發(fā)生器后換熱器兩側(cè)的流體脈動(dòng)波形圖， 圖2是調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器后換熱器兩側(cè)流體脈動(dòng)波形圖，
圖3是調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器后波峰和波谷正好全部錯(cuò)開(kāi)時(shí)的換熱器兩側(cè)流體脈動(dòng)波形圖， 圖4是換熱面受剪切力作用的受力圖。在圖中，1、換熱面2、A點(diǎn)垂直面 3、B點(diǎn)垂直面 4、波峰 5、波谷。
具體實(shí)施例方式在圖1、圖2、圖3和圖4中，換熱器(間壁式)入口前設(shè)置有脈動(dòng)發(fā)生器，如圖1所示，脈動(dòng)發(fā)生器使換熱器整個(gè)流道內(nèi)換熱面1兩側(cè)的流體(介質(zhì))產(chǎn)生脈動(dòng)方向相反但波峰 4和波谷5在換熱面上同一點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)流動(dòng)，換熱面上側(cè)的流體介質(zhì)向右脈動(dòng)，換熱面下側(cè)的流體介質(zhì)向左脈動(dòng)，換熱面上側(cè)流體脈動(dòng)的波谷5和下側(cè)流體脈動(dòng)的波峰4在換熱面上的A點(diǎn)垂直面2上相對(duì)應(yīng)，換熱面上側(cè)流體脈動(dòng)的波峰4和下側(cè)流體脈動(dòng)的波谷5在換熱面上的B點(diǎn)垂直面3上相對(duì)應(yīng)，在兩流體脈動(dòng)過(guò)程中，由于振幅相同，此時(shí)換熱面任何一點(diǎn)上受到的剪切力合力為零，換熱面呈水平面狀。如圖2所示，調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，使兩流體脈動(dòng)的頻率發(fā)生變化，使換熱面兩側(cè)的流體脈動(dòng)的波形相互錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度，換熱面上側(cè)流體的波谷5和下側(cè)流體的波峰4在換熱面上的A點(diǎn)垂直面2上不對(duì)應(yīng)，換熱面上側(cè)流體脈動(dòng)的波峰4和下側(cè)流體脈動(dòng)的波谷5在換熱面上的B點(diǎn)垂直面3上不對(duì)應(yīng)，此時(shí)在兩流體在脈動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了剪切力，換熱面任何一點(diǎn)上受到的剪切力合力不為零，換熱面上各點(diǎn)會(huì)受到剪切力作用，從而使換熱面產(chǎn)生振動(dòng)。如圖3所示，當(dāng)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，使換熱面兩側(cè)的流體脈動(dòng)的波形正好成90度相位角相互錯(cuò)開(kāi)時(shí)，換熱面上側(cè)流體脈動(dòng)的波谷5和下側(cè)流體脈動(dòng)的波谷5正好在換熱面上的A點(diǎn)垂直面2上相對(duì)應(yīng)，換熱面上側(cè)流體脈動(dòng)的波峰4和下側(cè)流體脈動(dòng)的波峰4正好在換熱面上的B點(diǎn)垂直面3上相對(duì)應(yīng)，即換熱面上側(cè)的波蜂(波谷)和下側(cè)的波峰(波谷)正好在換熱面上同一點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。如圖4所示，此時(shí)波峰所在對(duì)應(yīng)點(diǎn)的換熱面上受到的剪切力最大，換熱面振動(dòng)頻率最大，由于換熱面振動(dòng)，破壞了流體滯流層和剝離垢層，降低了流體熱阻值，從而可提高換熱器傳熱系數(shù)。
權(quán)利要求
1.利用介質(zhì)剪切力提高換熱器傳熱系數(shù)的方法，其特征在于在換熱器的入口前設(shè)置有可使換熱器整個(gè)流道內(nèi)流體介質(zhì)產(chǎn)生脈動(dòng)流動(dòng)的脈動(dòng)發(fā)生器，通過(guò)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器，使兩流體脈動(dòng)的頻率發(fā)生變化，使換熱面(1)兩側(cè)流體脈動(dòng)的波形相互錯(cuò)開(kāi)到其波峰(4)和波峰、波谷(5)和波谷分別在換熱面上一點(diǎn)均相對(duì)應(yīng)，使流體脈動(dòng)而產(chǎn)生剪切力，換熱面受到剪切力作用發(fā)生振動(dòng)，換熱面振動(dòng)破壞流體滯流層和剝離垢層，降低流體熱阻值，從而提高換熱器傳熱系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了利用介質(zhì)剪切力提高換熱器傳熱系數(shù)的方法在換熱器的入口前設(shè)置有可使換熱器整個(gè)流道內(nèi)流體產(chǎn)生脈動(dòng)流動(dòng)的脈動(dòng)發(fā)生器，通過(guò)調(diào)節(jié)脈動(dòng)發(fā)生器使兩流體脈動(dòng)的頻率，使換熱面(1)兩側(cè)流體脈動(dòng)的波形相互錯(cuò)開(kāi)到波峰(4)和波峰、波谷(5)和波谷分別在換熱面上一點(diǎn)均相對(duì)應(yīng)，使流體脈動(dòng)而產(chǎn)生剪切力，換熱面受到剪切力作用發(fā)生振動(dòng)，換熱面振動(dòng)破壞流體滯流層和剝離垢層，降低流體熱阻值，從而提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)。本發(fā)明提高換熱器傳熱系數(shù)的方法不需要改變換熱器本身結(jié)構(gòu)，只需要適當(dāng)脈動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)生器，就可使換熱面受到剪切力作用而發(fā)生振動(dòng)，因此，本發(fā)明不僅提高換熱器傳熱系數(shù)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，操作維護(hù)方便。
文檔編號(hào)F28F13/10GK102445104SQ20111040503
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者姚光純, 徐德懿 申請(qǐng)人:姚光純