本發(fā)明涉及一種管殼式換熱器，尤其是涉及一種含有可冷凝汽體的兩相流動(dòng)換熱器。

背景技術(shù)：

汽液兩相流換熱廣泛地存在于各種換熱裝置中，汽液兩相流在換熱過程中因?yàn)槠嗟拇嬖?，?huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效率低，惡化換熱，流體流動(dòng)過程不穩(wěn)定，而且會(huì)導(dǎo)致水錘現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)兩相工質(zhì)的汽液相沒有均勻混合且不連續(xù)流動(dòng)時(shí)，大尺寸的液團(tuán)會(huì)高速地占據(jù)氣團(tuán)空間，導(dǎo)致兩相流動(dòng)不穩(wěn)定，從而劇烈地沖擊設(shè)備與管道，產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重地威脅設(shè)備運(yùn)行安全。

本發(fā)明人在前面申請(qǐng)中也設(shè)計(jì)了一種多管式分隔裝置，參見圖7所示。但是此種裝置在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣茏又g是緊密結(jié)合在一起，因此三根管子之間形成的空間a相對(duì)較小，因?yàn)榭臻ga是三根管子的凸弧形成，因此空間a的大部分區(qū)域狹窄，會(huì)造成流體難以進(jìn)入通過，造成流體短路，從而影響了流體的換熱，無法起到很好的穩(wěn)流作用。同時(shí)因?yàn)樯鲜鼋Y(jié)構(gòu)的多根管子組合在一起，制造困難。

因此針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種新式結(jié)構(gòu)的分隔裝置的換熱器，從而解決上述的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新式結(jié)構(gòu)的分隔裝置的換熱器，在管道內(nèi)存在汽液兩相流動(dòng)時(shí)，減弱汽液兩相流換熱管內(nèi)的振動(dòng)，降低噪聲水平，同時(shí)強(qiáng)化傳熱。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種汽液兩相流環(huán)形管殼式換熱器，包括殼體，所述殼體兩端分別設(shè)置封頭，所述封頭和殼體的連接位置設(shè)置管板，換熱管連接兩端的管板，汽液兩相流中的汽相在換熱過程中能夠冷凝成液相，汽液兩相流在管程中流動(dòng)，所述換熱管內(nèi)設(shè)置分隔裝置，所述分隔裝置包括芯體和外殼，所述芯體設(shè)置在外殼中，所述外殼與換熱管內(nèi)壁連接固定，所述芯體包括多個(gè)同心管和肋片，所述肋片連接相鄰的同心管。

作為優(yōu)選，所述同心管和肋片上設(shè)置連通孔。

作為優(yōu)選，所述肋片的延長線穿過同心管的圓心。。

作為優(yōu)選，相鄰環(huán)孔之間設(shè)置小孔，通過小孔實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)環(huán)孔之間的連通。

作為優(yōu)選，換熱管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離換熱管入口的距離為x，相鄰分隔裝置之間的距離為s，s＝f1(x)，滿足如下要求：

s’>0,s”>0。

作為優(yōu)選，換熱管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離換熱管入口的距離為x，分隔裝置的長度為c，c＝f2(x)，滿足如下要求：

c’<0,c”<0。

作為優(yōu)選，換熱管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離換熱管入口的距離為x，分隔裝置的環(huán)孔直徑為d，d＝f3(x)，滿足如下要求：

d’>0,d”>0。

作為優(yōu)選，所述換熱管內(nèi)壁設(shè)置凹槽，所述分隔裝置的外殼設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述外殼的內(nèi)壁與換熱管的內(nèi)壁對(duì)齊。

作為優(yōu)選，換熱管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置分隔裝置。

作為優(yōu)選，相鄰分隔裝置之間的距離為s，分隔裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，相鄰?fù)墓艿陌霃椒謩e為r2和r1，其中r2>r1，相鄰的肋片之間的圓弧的弧度為h，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/e)；

e＝((h*r2²-h*r1²)/2)^1/2；

其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中7.7<a<8.5,2.9<b<3.8；；

其中分隔裝置的間距是以相鄰分隔裝置相對(duì)的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

7<e<12mm；

14<c<23mm；

50<s<70mm。

作為優(yōu)選，a＝8.3,b＝3.4。。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明提供了一種新式結(jié)構(gòu)的分隔裝置，相對(duì)于通過分隔裝置將兩相流體分離成液相和氣相，將液相分割成小液團(tuán)，將氣相分割成小氣泡，抑制液相的回流，促使氣相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。相對(duì)于環(huán)形分隔裝置，進(jìn)一步提高穩(wěn)流效果，強(qiáng)化傳熱，而且制造簡單。

2)本發(fā)明通過設(shè)置環(huán)形分隔裝置，相當(dāng)于在換熱管內(nèi)增加了內(nèi)換熱面積，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

3)本發(fā)明因?yàn)閷⑵簝上嘣趽Q熱管的整個(gè)橫截面位置上進(jìn)行了分割，避免了現(xiàn)有技術(shù)中僅僅換熱管內(nèi)壁面進(jìn)行分割，從而在整個(gè)換熱管截面上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大汽液界面以及汽相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

4)本發(fā)明通過在換熱管長度方向上設(shè)置相鄰分隔裝置之間的距離、分隔裝置的長度、環(huán)孔的外徑等參數(shù)大小的規(guī)律變化，從而進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)流效果，降低噪音，提高換熱效果。

5)本發(fā)明通過對(duì)環(huán)形分隔裝置各個(gè)參數(shù)的變化導(dǎo)致的換熱規(guī)律進(jìn)行了廣泛的研究，在滿足流動(dòng)阻力情況下，實(shí)現(xiàn)減振降噪的效果的最佳關(guān)系式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的兩相流管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的兩相流管殼式換熱器的換熱管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明分隔裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明分隔裝置在換熱管內(nèi)布置示意圖；

圖5是是本發(fā)明分隔裝置在換熱管內(nèi)布置的另一個(gè)示意圖。

圖6是是本發(fā)明分隔裝置在換熱管內(nèi)布置橫截面示意圖。

圖7是是本發(fā)明分隔裝置的尺寸示意圖。

圖8是背景技術(shù)中的兩相流管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記如下：前封頭1，封頭法蘭2，前管板3，殼體4，分隔裝置5，換熱管6、后管板7，封頭法蘭8，后封頭9，支座10，支座11，管程入口管12，管程出口管13，殼程入口管14，殼程出口管15，分隔裝置外殼51，環(huán)孔52，肋片53，同心管54

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

需要說明的是，如果沒有特殊說明，本發(fā)明提到的兩相流是汽液兩相流，此處的汽相在換熱過程中能夠冷凝成液相。

如圖1所示的一種管殼式換熱器，所述管殼式換熱器包括有殼體4、換熱管6、管程入口管12、管程出口管13、殼程入口接管14和殼程出口接管15；多個(gè)平行設(shè)置的換熱管6組成的換熱管束連接在前管板3、后管板7上；所述前管板3的前端與前封頭1連接，后管板7的后端連接后封頭9；所述的管程入口管12設(shè)置在后封頭9上；所述的管程出口管13設(shè)置在前封頭1上；所述的殼程入口接管14和殼程出口接管15均設(shè)置在殼體4上；兩相流的流體從管程入口管12進(jìn)入，經(jīng)過換熱管進(jìn)行換熱，從管程出口管13出去。

如圖4-5所示，在換熱管6內(nèi)設(shè)置環(huán)形分隔裝置5。所述環(huán)形分隔裝置5的結(jié)構(gòu)見圖3。如圖3所示，所述分隔裝置5包括芯體和外殼51，所述芯體設(shè)置在外殼51中，所述外殼與換熱管內(nèi)壁連接固定，所述芯體包括多個(gè)同心管54和肋片53，所述肋片53連接相鄰的同心管54。相鄰的肋片53及其肋片53連接的同心管54之間限定形成環(huán)孔52。

本發(fā)明在換熱管內(nèi)設(shè)置環(huán)形分隔裝置，通過多管式分隔裝置將兩相流體中的液相和氣相進(jìn)行分離，將液相分割成小液團(tuán)，將氣相分割成小氣泡，抑制液相的回流，促使氣相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。相對(duì)于多管式分隔裝置，進(jìn)一步提高穩(wěn)流效果，強(qiáng)化傳熱，而且制造簡單。

本發(fā)明通過設(shè)置環(huán)形分隔裝置，相當(dāng)于在換熱管內(nèi)增加了內(nèi)換熱面積，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

本發(fā)明因?yàn)閷庖簝上嘣谒袚Q熱管的所有橫截面位置進(jìn)行了分割，從而在整個(gè)換熱管截面上實(shí)現(xiàn)氣液界面以及氣相邊界層的分割與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，大大的降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

作為優(yōu)選，作為優(yōu)選，所述同心管54和/或肋片53上設(shè)置連通孔。

相鄰環(huán)孔之間設(shè)置連通孔，通過連通孔實(shí)現(xiàn)環(huán)孔52之間的連通。

通過設(shè)置連通孔，可以保證相鄰的環(huán)孔之間互相連通，能夠均勻環(huán)孔之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時(shí)也可以在流體流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)一步分隔液相和氣相，有利于進(jìn)一步穩(wěn)定兩相流動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述肋片的延長線穿過同心管的圓心。

作為優(yōu)選，沿著換熱管內(nèi)流體的流動(dòng)方向，換熱管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，從換熱管的入口到換熱管的出口，相鄰分隔裝置之間的距離越來越長。距離換熱管入口的距離為x，相鄰分隔裝置之間的距離為s，s＝f1(x)，s’是s的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s’>0；

主要原因是因?yàn)榱黧w中含有汽體，因此沿著流體的流動(dòng)方向，汽體因?yàn)閾Q熱管內(nèi)流體放熱而冷凝，從而冷凝成液相，這導(dǎo)致沿著換熱管內(nèi)流體的流動(dòng)方向，汽體會(huì)越來越少，汽液兩相流中的汽相越來越少，換熱管內(nèi)的換熱能力會(huì)隨著汽相轉(zhuǎn)化為液相而不斷的增加，震動(dòng)及其噪音也會(huì)隨著汽相轉(zhuǎn)化為液相而不斷的降低。因此，可以將分隔裝置的間距變大，這樣一方面可以減少流動(dòng)阻力，另一方面也能保持低噪音和低震動(dòng)，而且還能因?yàn)榉指粞b置作為內(nèi)翅片的分布越來越少，保持整個(gè)換熱管上的換熱均勻，而且還可以節(jié)省材料。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過上述的設(shè)置，既可以最大程度上減少震動(dòng)和噪音，同時(shí)可以保證降低流體的流動(dòng)阻力。

進(jìn)一步優(yōu)選，從換熱管的入口到換熱管的出口，相鄰分隔裝置之間的距離越來越長的幅度不斷增加。即s”是s的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s”>0；

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過如此設(shè)置，能夠進(jìn)一步降低8％左右的震動(dòng)和噪音，同時(shí)降低流動(dòng)6％左右的阻力。

作為優(yōu)選，每個(gè)分隔裝置的長度保持不變。

作為優(yōu)選，除了相鄰的分隔裝置之間的距離外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如長度、管徑等)保持不變。

作為優(yōu)選，沿著換熱管6內(nèi)流體的流動(dòng)方向，換熱管6內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置5，從換熱管6的入口到換熱管6的出口，分隔裝置5的長度越來越短。即分隔裝置的長度為c，c＝f2(x)，c’是c的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c’<0；

進(jìn)一步優(yōu)選，從換熱管的入口到換熱管的出口，分隔裝置的長度越來越短的幅度不斷增加。即c”是c的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c”>0；

具體理由如相鄰分隔裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，相鄰分隔裝置之間的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了分隔裝置的長度外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如相鄰的間距、管徑等)保持不變。

作為優(yōu)選，沿著換熱管6內(nèi)流體的流動(dòng)方向，換熱管6內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，從換熱管6的入口到換熱管6的出口，不同分隔裝置5內(nèi)的環(huán)孔52的水力直徑越來越大。即分隔裝置的環(huán)孔水力直徑為d，d＝f3(x)，d’是d的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d’>0；

作為優(yōu)選，從換熱管的入口到換熱管的出口，分隔裝置的環(huán)孔水力直徑越來越大的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰分隔裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，分隔裝置的長度和相鄰分隔裝置的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了分隔裝置的環(huán)孔水力直徑外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如長度、相鄰分隔裝置之間的距離等)保持不變。

進(jìn)一步優(yōu)選，如圖4所示，所述換熱管6內(nèi)部設(shè)置凹槽，所述分隔裝置5的外殼51設(shè)置在凹槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，外殼51的內(nèi)壁與換熱管6的內(nèi)壁對(duì)齊。通過對(duì)齊，使得換熱管內(nèi)壁面表面上達(dá)到在同一個(gè)平面上，保證表面的光滑。

作為優(yōu)選，外殼51的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得換熱管內(nèi)壁面形成凹槽，從而進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。

進(jìn)一步有選，如圖5所示，換熱管6為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置分隔裝置5。這種方式使得設(shè)置分隔裝置的換熱管的制造簡單，成本降低。

通過分析以及實(shí)驗(yàn)得知，分隔裝置之間的間距不能過大，過大的話導(dǎo)致減震降噪的效果不好，同時(shí)也不能過小，過小的話導(dǎo)致阻力過大，同理，環(huán)孔的直徑也不能過大或者過小，也會(huì)導(dǎo)致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)，在優(yōu)先滿足正常的流動(dòng)阻力(總承壓為10mpa以下，或者單根換熱管的沿程阻力小于等于40pa/m)的情況下，使得減震降噪達(dá)到最優(yōu)化，整理了各個(gè)參數(shù)最佳的關(guān)系。

相鄰分隔裝置之間的距離為s，分隔裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，相鄰?fù)墓?例如圖6中的3個(gè)同心管中任意相鄰的2個(gè))半徑分別為r2和r1，其中r2>r1，和/或者外殼51與相鄰的同心管的半徑分別為r2和r1，(例如圖6中的外殼51的半徑為r2，與外殼相連的同心管的半徑為r1)，相鄰的肋片之間的圓弧的弧度為h，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/e)；

e＝((h*r2²-h*r1²)/2)^1/2；

其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中7.7<a<8.5,2.9<b<3.8；；

34<w<58mm；

7<e<12mm；

14<c<23mm；

50<s<70mm。

其中分隔裝置的間距s是以相鄰分隔裝置相對(duì)的兩端之間的距離；即前面分隔裝置的尾端與后面分隔裝置的前端之間的距離。具體參見圖4的標(biāo)識(shí)。

作為優(yōu)選，a＝8.3,b＝3.4。

上面的公式中實(shí)際上將外殼51視為最外層的同心管來一起參與計(jì)算。

弧度h是以肋片53的中間線限定的弧度，參見圖7；同心管的半徑分別為r2和r1是以同心管的內(nèi)徑和外徑的平均值來計(jì)算的。

作為優(yōu)選，換熱管長度l為3000－7500mm之間。進(jìn)一步優(yōu)選，4500－6000mm之間。

進(jìn)一步優(yōu)選，40mm<w<50mm；

18mm<c<20mm；

55mm<s<60mm。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優(yōu)選，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足正常的流動(dòng)阻力條件下，減震降噪達(dá)到最佳效果。

進(jìn)一步優(yōu)選，隨著w/e的增加，a不斷增加，b不斷的減小。

對(duì)于其他的參數(shù)，例如管壁、殼體壁厚等參數(shù)按照正常的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置即可。

作為優(yōu)選，殼程內(nèi)流體是水。

作為優(yōu)選，管程內(nèi)流體流速3-5m/s。

作為優(yōu)選，同心管為2－3個(gè)。

作為優(yōu)選，換熱管的長度l與換熱器的殼體直徑比為6－10。

作為優(yōu)選，同心管和肋片在分隔裝置5的整個(gè)長度方向延伸。即同心管和肋片以及同心管和肋片之間形成的環(huán)孔52的長度等于分隔裝置5的長度。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。