專利名稱：可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管殼式換熱器，具體的是涉及ー種利用脈動流發(fā)生器工作原理來產(chǎn)生壓カ脈動流，用以強(qiáng)化傳熱的可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器。
背景技術(shù)：
エ業(yè)生產(chǎn)中，因熱能傳遞、交換、轉(zhuǎn)換及控制等需要，換熱器被大量采用，其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為普遍。為了提高強(qiáng)化換熱系數(shù)，國內(nèi)外科技工作者從管內(nèi)插入旋流原件、振動強(qiáng)化傳熱、電場強(qiáng)化傳熱以及改變換熱管形狀等多個方面進(jìn)行了研究。此類強(qiáng)化目前以結(jié)構(gòu)強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，插入旋流原件主要以插入絲帶和彈簧以帶動流體擾動為主，流體均以恒壓流動為主。如何應(yīng)用有規(guī)律的流體壓カ脈動來增強(qiáng)傳熱效果的研究并不多，也沒有提出有效的結(jié)構(gòu)形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的主要問題都是基于上述現(xiàn)有技術(shù)而提出ー種可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，其能夠調(diào)節(jié)脈動流的振幅和頻率，通過振幅和頻率的變化，能夠有效的利用回轉(zhuǎn)閥的工作原理增強(qiáng)流體擾動而起到強(qiáng)化傳熱和除垢的效果。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的方案是可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，包括有殼體、封頭、管板和換熱管，殼體兩端分別由管板與兩側(cè)封頭相連接，換熱管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一側(cè)封頭上的管程入口連接有多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置，通過調(diào)節(jié)多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置的轉(zhuǎn)速和其所在支路的流量來調(diào)節(jié)其振幅和頻率，所述的多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置包括有水箱、輸出支路I、輸出支路II、旁路III和主路IV，
其中，所述的輸出支路I包括第一調(diào)頻管道泵和第一截止閥，第一截止閥的一端與水箱連接，另一端與第一調(diào)頻管道泵相連，第一調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第一截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路I輸出流量大小，輸出壓力恒定的流體；
所述的輸出支路II包括第二調(diào)頻管道泵、第二截止閥、脈動擾流裝置和止回閥，第二截止閥的一端與水箱連接，另一端與第二調(diào)頻管道泵相連，第二調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第二截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路II輸出流量大小，所述的脈動擾流裝置和第二調(diào)頻管道泵之間通過三通A的兩接ロ相連，三通A的另ー接ロ與旁路III相連，止回閥與脈動擾流裝置相連，用于防止輸出支路I中的流體進(jìn)入輸出支路II ；
所述的輸出支路II和輸出支路I通過三通B的兩接ロ相連，三通B的另ー接ロ與主路
IV相連，輸出支路I和輸出支路II的流體通入主路，輸出脈動流。按上述方案，所述脈動擾流裝置由調(diào)頻電機(jī)和葉片式閥門連接而成，調(diào)頻電機(jī)用于調(diào)節(jié)輸出支路II的脈動頻率，調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速為脈動頻率的1/2。通過調(diào)頻電機(jī)控制葉片旋轉(zhuǎn)速度，葉片可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中對閥門通道實現(xiàn)“漸開ー漸關(guān)ー漸開”的改變，從而輸出脈動流體，調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，通過此調(diào)節(jié)脈動頻率。按上述方案，所述旁路III中包括有ー個截止閥，截止閥與水箱相連，用于調(diào)節(jié)旁路的脈動流流量。當(dāng)輸出支路II中產(chǎn)生脈動流時，旁路III中的流體同時發(fā)生脈動，并將這部分脈動流回流到水箱，實現(xiàn)對輸出支路II中脈動流的調(diào)節(jié)。按上述方案，所述輸出支路I、輸出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面積相等。因此，主路IV中的流速為輸出支路I和輸出支路II的流速之和。本發(fā)明的脈動流輸出的流體流量和流體壓カ為周期性方波、周期性正弦波或周期性三角波特征，當(dāng)輸出的流體流量和流體壓カ為周期性方波特征時，安裝在脈動擾流裝置上的止回閥處于“全開或全關(guān)”兩種狀態(tài)；而當(dāng)輸出的流體流量和流體壓カ為周期性正弦波或周期性三角波特征時則需要安裝在脈動擾流裝置上的止回閥是處干“漸開ー全開ー漸關(guān)ー全關(guān)”這種狀態(tài)，以實現(xiàn)振幅和頻率的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的脈動擾流裝置的調(diào)頻電機(jī)由于安裝有調(diào)速模塊以及在脈動擾流裝置前安裝有可調(diào)速的截止閥，所以可以實現(xiàn)流體流量和流體壓カ周期性正弦波或周期性三角波特征中的振幅A和頻率η大小的變化。本發(fā)明的工作原理是對管程而言，管程入口處流量變化主要由脈動擾流裝置輸出壓カ脈動流，然后再加上另一條支路提供的流體平均流量來實現(xiàn)，當(dāng)這兩條支路的流體由封頭流入各個換熱管中后，流體壓カ的脈動變化就會導(dǎo)致管程中流體湍流化加強(qiáng)，從而使傳熱效果得到強(qiáng)化，同時由于流體壓カ的脈動變化對于靠近管層內(nèi)壁面附近處產(chǎn)生漩渦，大大增強(qiáng)了流體的擾動，降低了邊界層的厚度，同時流體壓カ的脈動變化對與殼程內(nèi)壁面的污垢層能夠產(chǎn)生剝蝕作用，從而能夠達(dá)到抑垢和除垢的效果；對殼程而言，殼程入口處流量變化主要由脈動擾流裝置輸出壓力脈動流后，流體壓カ的脈動變化直接會使殼程中流體湍流化增強(qiáng)，達(dá)到強(qiáng)化傳熱、抑垢和除垢的效果。本發(fā)明的優(yōu)點在干在傳統(tǒng)的管殼式換熱器上通過在管程和殼程分別接入裝有脈動擾流裝置的管路，對其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了簡單的改進(jìn)，就可以實現(xiàn)傳統(tǒng)換熱器的強(qiáng)化傳熱、抑垢和除垢，并且結(jié)構(gòu)簡単，易于實現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖中I封頭，2管程出ロ，3管板，4殼體，5換熱管，6殼程出ロ，7截止閥、8殼程入ロ、9第一調(diào)頻管道泵，10第一截止閥，11水箱，12第二截止閥，13第二調(diào)頻管道泵，14止回閥，15脈動擾流裝置，16輸出支路I，17主路IV，18輸出支路II，19旁路III。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的說明，但是此說明不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。如圖I所示，可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，包括有殼體4、封頭I、管板3和換熱管5，殼體兩端分別由管板與兩側(cè)封頭相連接，換熱管的入口端固定在管板上，殼體上還設(shè)置有殼程入口 8和殼程出ロ 6，其中一側(cè)封頭上的管程入口(另ー側(cè)封頭上設(shè)置有管程出ロ
2)連接有多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置，通過調(diào)節(jié)多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置的轉(zhuǎn)速和其所在支路的流量來調(diào)節(jié)其振幅和頻率，所述的多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置包括有水箱11、輸出支路I 16、輸出支路II 18、旁路III19和主路IV 17，所述輸出支路I、輸出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面積相等。因此，主路IV中的流速為輸出支路I和輸出支路II的流速之和，流體的流動方向如圖中箭頭所示，
其中，所述的輸出支路I包括第一調(diào)頻管道泵9和第一截止閥10，第一截止閥的一端與水箱連接，將水箱中的流體抽到輸出支路I中，另一端與第一調(diào)頻管道泵相連，第一調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第一截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路I輸出流量大小，輸出壓カ恒定的流體；
所述的輸出支路II包括第二調(diào)頻管道泵13、第二截止閥12、脈動擾流裝置15和止回閥14，第二截止閥的一端與水箱連接，第二調(diào)頻管道泵抽吸水箱中的流體進(jìn)入輸出支路II，另一端與第二調(diào)頻管道泵相連，第二調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第二截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路II輸出流量大小，所述的脈動擾流裝置和第二調(diào)頻管道泵之間通過三通A的兩接ロ相連，三通A的另ー接ロ與旁路III相連，所述旁路III中包括有ー個截止閥7，用于調(diào)節(jié)旁路III的流量，截止閥與水箱相連，用于調(diào)節(jié)旁路的脈動流流量。當(dāng)輸出支路II中產(chǎn)生脈動流時，旁路III中的流體同時發(fā)生脈動，并將這部分脈動流回流到水箱，實現(xiàn)對輸出支路II中脈動流的調(diào)節(jié)。止回閥與脈動擾流裝置相連，輸出的脈動流體經(jīng)過止回閥，用于防止輸出支路I中的流體進(jìn)入輸出支路II ；
所述的輸出支路II和輸出支路I通過三通B的兩接ロ相連，三通B的另ー接ロ與主路IV相連，輸出支路I和輸出支路II的流體通入主路，輸出脈動流。所述脈動擾流裝置由調(diào)頻電機(jī)和葉片式閥門連接而成，調(diào)頻電機(jī)用于調(diào)節(jié)輸出支路II的脈動頻率，調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速為脈動頻率的1/2。通過調(diào)頻電機(jī)控制葉片旋轉(zhuǎn)速度，葉片可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中對閥門通道實現(xiàn)“漸開ー漸關(guān)ー漸開”的改變，從而輸出脈動流體，調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，通過此調(diào)節(jié)脈動頻率。根據(jù)流體力學(xué)中的質(zhì)量與能量守恒定理，本發(fā)明的多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置的主路的脈動流速為兩個支路的流速之和。根據(jù)所述方案，輸出支路I中的流速為匕，輸出支路II中的流速為式中K7為輸出支路II最大流速，/7為電機(jī)轉(zhuǎn)速，t為時間。于是，主路脈動流速為K= V0チ通過該式我們得到脈動流平均流速為
V=じ+1/2 I脈動頻率為/=2/7，脈動振幅為メ= V1KlV0^ V1).根據(jù)需要確定脈動流平均
流速、脈動頻率和脈動振幅后，就可得到輸出支路I和輸出支路II的流速，以及電機(jī)轉(zhuǎn)速。在對輸出支路I流量進(jìn)行調(diào)節(jié)時，先關(guān)閉輸出支路II的截止閥，調(diào)節(jié)輸出支路I的流速，調(diào)節(jié)好后保持輸出支路I的截止閥開度不變。然后，打開輸出支路II的截止閥，開動調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)速至需求值，調(diào)節(jié)輸出支路II的流速，直到滿足要求為止。管程脈動流產(chǎn)生如下首先由第一調(diào)頻管道泵9提供恒壓的流體，通過調(diào)節(jié)第一調(diào)頻管道泵和第一截止閥10就可以調(diào)節(jié)輸出支路I中流體的流量大小，也就是調(diào)節(jié)流體的壓カ大小。輸出支路II也是由調(diào)節(jié)第二調(diào)頻管道泵13提供恒壓的流體，然后首先通過調(diào)節(jié)第二調(diào)頻管道泵13調(diào)節(jié)管路上的流體流量，再由第二截止閥12和回路上的截止閥7來微調(diào)管路的流量，恒壓流體通入到脈動擾流裝置15，啟動脈動擾流裝置，就可以實現(xiàn)本條管路流體流量周期性的變化。所以當(dāng)這兩條支路的流體通過匯合通入到管程入口處，就可以實現(xiàn)管程入口處流體流量的變化以及流體壓カ的周期性調(diào)節(jié)。權(quán)利要求
1.可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，包括有殼體(4)、封頭(I)、管板(3)和換熱管(5)，殼體兩端分別由管板與兩側(cè)封頭相連接，換熱管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一側(cè)封頭上的管程入口連接有多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置，通過調(diào)節(jié)多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置的轉(zhuǎn)速和其所在支路的流量來調(diào)節(jié)其振幅和頻率，所述的多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置包括有水箱(11)、輸出支路I (16)、輸出支路II (18)、旁路111(19)和主路IV(17)， 其中，所述的輸出支路I包括第一調(diào)頻管道泵(9)和第一截止閥(10)，第一截止閥的一端與水箱連接，另一端與第一調(diào)頻管道泵相連，第一調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第一截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路I輸出流量大小，輸出壓力恒定的流體； 所述的輸出支路II包括第二調(diào)頻管道泵(13)、第二截止閥(12)、脈動擾流裝置(15)和止回閥(14)，第二截止閥的一端與水箱連接，另一端與第二調(diào)頻管道泵相連，第二調(diào)頻管道泵用于輸出恒壓流體，第二截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路II輸出流量大小，所述的脈動擾流裝置和第二調(diào)頻管道泵之間通過三通A的兩接ロ相連，三通A的另ー接ロ與旁路III相連，止回閥與脈動擾流裝置相連，用于防止輸出支路I中的流體進(jìn)入輸出支路II ； 所述的輸出支路II和輸出支路I通過三通B的兩接ロ相連，三通B的另ー接ロ與主路IV相連，輸出支路I和輸出支路II的流體通入主路，輸出脈動流。
2.按權(quán)利要求I所述的可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，其特征在于所述脈動擾流裝置由調(diào)頻電機(jī)和葉片式閥門連接而成，調(diào)頻電機(jī)用于調(diào)節(jié)輸出支路II (18)的脈動頻率，調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速為脈動頻率的1/2。
3.按權(quán)利要求I或2所述的可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，其特征在于所述旁路III中包括有ー個截止閥(7)，截止閥與水箱相連，用于調(diào)節(jié)旁路的脈動流流量。
4.按權(quán)利要求I或2所述的可調(diào)式脈動流強(qiáng)化傳熱換熱器，其特征在于所述輸出支路I、輸出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面積相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管殼式換熱器，包括有殼體、封頭、管板和換熱管，殼體兩端分別由管板與兩側(cè)封頭相連接，換熱管的入口端固定在管板上，其中一側(cè)封頭上的管程入口連接有多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置，通過調(diào)節(jié)多通道可調(diào)脈動流發(fā)生裝置的轉(zhuǎn)速和其所在支路的流量來調(diào)節(jié)其振幅和頻率，本發(fā)明的優(yōu)點在于在傳統(tǒng)的管殼式換熱器上通過在管程和殼程分別接入裝有脈動擾流裝置的管路，對其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了簡單的改進(jìn)，就可以實現(xiàn)傳統(tǒng)換熱器的強(qiáng)化傳熱、抑垢和除垢，并且結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。
文檔編號F28F13/10GK102679800SQ20121014556
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者劉利軍, 喻九陽, 徐建民, 楊文灝, 林緯, 王成剛, 聶思皓, 鄭小濤 申請人:武漢工程大學(xué)