[发明专利]一种带有旋流片的强化传热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化传热管，尤其是涉及一种带有旋流片的强化传热管。

背景技术

在石油化工行业的管式换热器中，所使用的强化传热管主要有以下几种：(1)螺旋槽管。特点是靠管壁的粗糙肋面破坏流体的边界层，促进边界流体的湍流强化传热。不足之处是对传热管体中心区域流体的对流传热难以强化。(2)扰流子管。在传热管体内插入扰流子(扭曲带或麻花铁)；流体在传热管体内做螺旋运动、产生离心力，离心力使流体之间产生扰动并产生径向对流，促使流体的边界层减薄，以此提高传热系数。但是由于扰流子与传热管体内壁之间有一定的间隙，使其破坏流体边界层的能力减弱。扰流子一般是在整个管程或半个管程插入传热管体内的，会使传热管的阻力降增大。(3)缩放管。缩放管是一种管径沿轴向规律性收缩和放大的强化传热管，对管程和壳程均有一定的强化传热作用。缺点是制造成本高，并且仅能对流体边界层的减薄有作用，对传热管体中心区域流体的对流传热强化效果有限。

带有旋流片的强化传热管基本上可以解决上述的强化传热管所存在的问题。中国专利CN1865830A公开的带有旋流片的强化传热管，包括传热管体和旋流片。旋流片为沿轴线方向带有旋转角度且在半径方向曲面形状对称的短扭带，至少设置两个；旋流片之间保持轴向间距。流体在传热管体内经过一个旋流片时形成螺旋流，之后螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两个旋流片的间距中保持自旋流。流体经过下一个旋流片时，再次形成螺旋流。如此，流体沿流动方向重复所述的螺旋流与自旋流过程。这种带有旋流片的强化传热管存在的主要问题是，传热管体内流体的流速较低时(3～7米/秒)，其动能也较低。流体所形成的螺旋流和自旋流的强度较弱，自旋流的持续性较差(表现为衰减较快、长度较短)，使强化传热的效果有限。要维持连续的螺旋流和自旋流，就需要降低旋流片之间的间距(旋流片之间的间距通常为100～300毫米)；但这会使旋流片的数量增加，引起传热管内阻力降增大。旋流片的两个侧边焊接于传热管体的内壁上时，每增加一个旋流片就多两道焊缝，还要进行焊缝探伤检测；这会使传热管的制造成本提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有旋流片的强化传热管，以解决现有带有旋流片的强化传热管所存在的传热管体内流体的流速较低时流体所形成的螺旋流和自旋流的强度较弱、自旋流的持续性较差的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种带有旋流片的强化传热管，包括传热管体和沿强化传热管的轴向间隔设置的若干个旋流片，其特征在于：在各旋流片的前方均设有一个收缩管，一个旋流片和一个收缩管组成一个旋流片一收缩管组件，收缩管设有圆台形的内腔，内腔的两端分别为内腔入口和内腔出口，内腔出口的面积小于内腔入口的面积，内腔出口与旋流片的前端相邻。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)低流速流体由收缩管的内腔入口流入内腔，由内腔出口流出。由于内腔出口的面积小于内腔入口的面积，流体在内腔中流动时流通面积逐渐缩小，使由内腔出口流出的流体流速较高。由内腔出口流出的高流速流体动能较高，流经收缩管后面的旋流片时，所形成的螺旋流的强度较强；自旋流的强度也随之增强，且持续性较好(表现为衰减较慢、长度较长)。从而，使强化传热的效果较好。本发明，相邻两个旋流片管一收缩管组件或相邻两个旋流片一收缩管组件的间距保持在500～3000毫米的范围内时，都可以使强化传热管内的流体维持连续的螺旋流和自旋流；该间距实际上是一个自旋流的长度(一个自旋流从形成后即逐渐衰减)。由于所述间距较大，所以可以使用数量较少的旋流片和收缩管，使强化传热管内的阻力降较低，并使强化传热管的制造成本较低；这一点，是在进一步考虑了收缩管产生的阻力降和收缩管成本的情况下，本发明在同等条件下(相同的流体和流体流速、相同的传热环境、达到相同的强化传热效果，等等)与现有带有旋流片的强化传热管相比而得出的。(2)由于螺旋流和自旋流的强度较强，从而可以提高流体的流速；可以增强流体的切向运动，使流体的边界层减薄；可以增强流体的径向运动，使传热管体内流体的温度梯度分布更趋均匀，进而强化传热管体内中心区域流体的对流传热，减缓污垢在传热管体内壁的生成和驻留。这些都有利于强化传热、提高传热效率。(3)与现有螺旋槽管式的强化传热管相比，本发明的主要优点是传热管体中心区域流体的对流传热能够得到强化；与现有扰流子管式的强化传热管相比，本发明的主要优点是破坏流体边界层的能力较强，强化传热管的阻力降较低；与现有缩放管式的强化传热管相比，本发明的主要优点是制造成本较低，对传热管体中心区域流体的对流传热强化效果较好。